Mensile di elettronica innovativa, attualità scientifica, novità tecnologiche. Lire 8.000
CHIAVE UNIVERSALE
CON IDENTIFICATIVO
DEL CHIAMANTE
ZA
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LE DO
S
A
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E
VID MBIEN OMAN
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IOC
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A
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TELEFONIA
S
CENTRALINA DI CONTROLLO
DEL PH PER ACQUARI
C
PR
O CO L
G
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SC RA RSO S
EN MM D I V
IX AZ I
O
SX IO
N
E
Visualizzatore DTMF con LCD
Corso di programmazione in C
Tastiera con uscita seriale
Convertitore RS232 / RS485
E
Anno V - N. 43 - Ottobre 1999 - Sped.Abb.Post. 45% Art. 2 comma 20/B Legge 662/96 - Milano - 4.13
43
Telecontrollo GSM
con antenna integrata
[TDG33
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IVA inclusa.
Sistema di controllo remoto bidirezionale che sfrutta la rete
GSM per le attivazioni ed i controlli. Configurabile con una
semplice telefonata, dispone di due uscite a relè (230Vac/10A) con
funzionamento monostabile o bistabile e di due ingressi di allarme
optoisolati. Possibilità di memorizzare 8 numeri per l'invio degli allarmi e
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tramite SMS. Alimentazione compresa tra 5 e 32 Vdc, assorbimento massimo
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! Alimentazione: 5 ÷ 32 Vdc;
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! Corrente assorbita: 20 mA a riposo, 500 mA nei picchi;
! Controllo pompe ed impianti di irrigazione
! Corrente massima contatti relè: 10 A;
! Controllo impianti industriali
! Tensione massima contatti relè: 250 Vac;
In modalità chiamata voce / apricancello
! Caratteristiche ingressi digitali:
! Apertura cancelli
livello 1 = 5-32 Vdc;
! Controllo varchi
livello 0 = 0 Vdc.
! Circuiti di reset
Via Adige, 11 -21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331/799775 - Fax. 0331/778112
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Maggiori informazioni su questi prodotti e su tutte le altre apparecchiature
distribuite sono disponibili sul sito
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effettuare acquisti on-line.
SOMMARIO
ELETTRONICA IN
Rivista mensile, anno V n. 43
OTTOBRE 1999
Direttore responsabile:
Arsenio Spadoni
Responsabile editoriale:
Carlo Vignati
Redazione:
Paolo Gaspari, Sandro Reis,
Francesco Doni, Andrea Lettieri,
Angelo Vignati, Alberto Ghezzi,
Alfio Cattorini, Antonella Mantia,
Andrea Silvello, Alessandro Landone,
Marco Rossi, Alberto Battelli.
DIREZIONE, REDAZIONE,
PUBBLICITA’:
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Stampa:
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Garzanti Verga s.r.l.
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Elettronica In:
Rivista mensile registrata presso il
Tribunale di Milano con il n. 245
il giorno 3-05-1995.
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45% - Art.2 comma 20/b legge 662/96
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Manoscritti, disegni, foto ed altri materiali non verranno in nessun caso restituiti. L’utilizzazione degli schemi pubblicati non comporta alcuna responsabilità da parte della Società editrice.
Elettronica In - ottobre ‘99
8
CONVERTITORE BIDIREZIONALE RS232 / RS485
Permette comunicazioni su lunghe distanze, superando i limiti imposti dalle
comuni linee seriali RS232-C dei Personal Computer; bastano due unità
per trasmettere e ricevere utilizzando del normale cavo twistato per dati.
17 VIDEOSORVEGLIANZA CON RADIOCOMANDO
Microtrasmettitore audio/video in VHF, attivabile e disinseribile mediante
radiocomando codificato; è adatto al controllo video in locali d’ogni
genere, ma anche alla sorveglianza a distanza della propria abitazione,
della camera dei bambini, ecc. La trasmissione si riceve facilmente con
qualunque televisore.
27 CORSO DI PROGRAMMAZIONE PER SCENIX
Continua il nostro viaggio alla scoperta dei micro ad 8 bit più veloci al
mondo con l’undicesima puntata del Corso nella quale presentiamo e
commentiamo altri semplici programmi.
35 VISUALIZZATORE DTMF CON LCD
Collegato ad una linea telefonica o all'uscita per altoparlante di un RTX
radio, permette di vedere su un display a cristalli liquidi le sequenze di
numeri che rappresentano i relativi bitoni decodificati. Ideale in laboratorio
e per verificare i numeri composti da telefoni, fax e combinatori DTMF.
41 TIMER PER SISTEMI REMOTI GSM
Per quanto sofisticati, talvolta i sistemi di telecontrollo che utilizzano
moduli GSM si bloccano: allora, non potendo intervenire localmente,
occorre assicurare un reset periodico, utilizzando proprio il circuito
qui presentato.
44 CONTROLLO DEL PH PER ACQUARI
Avete un acquario e non sapete se l’acqua al suo interno è al giusto grado
di acidità? Volete conoscere il pH di qualsiasi altra soluzione? A queste e
ad altre domande potete trovare risposta costruendo un ph-metro come
quello qui proposto, che inoltre dispone di un attuatore capace di
comandare (negli acquari) un erogatore di anidride carbonica utile a
ristabilire, nella vasca, l’esatto pH.
58 CHIAVE CON IDENTIFICATIVO DI CHIAMANTE
Collegata alla linea telefonica, all’arrivo di ogni chiamata verifica l’ID
ricevuto attivando un relè se il numero è tra quelli memorizzati; aziona
anche un trasmettitore radio codificato (a 433,92 MHz) con il quale è
possibile comandare a distanza varie apparecchiature. Autoapprendimento
dell’ID con una capacità massima di 4 numeri.
71 CORSO DI PROGRAMMAZIONE IN C
Continuiamo l’apprendimento di uno dei più diffusi linguaggi ad alto livello
con la sesta puntata del Corso.
75 COME LEGGERE 16 TASTI CON 4 FILI
Un semplice programma adatto a qualsiasi microcontrollore della Microchip
che consente di leggere una tastiera a matrice e generare i codici
corrispondenti utilizzando solamente quattro linee di ingresso.
Mensile associato
all’USPI, Unione Stampa
Periodica Italiana
Iscrizione al Registro Nazionale della
Stampa n. 5136 Vol. 52 Foglio
281 del 7-5-1996.
1
Sistemi professionali GPS/GSM
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e GPS. Oltre ai prodotti standard illustrati in questa pagina, siamo in grado di progettare
e produrre su specifiche del Cliente qualsiasi dispositivo che utilizzi queste tecnologie.
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Unità di localizzazione remota GPS/GSM di dimensioni
particolarmente contenute ottenute grazie all'impiego di un
modulo Wavecom Q2501 che integra sia la sezione GPS che
quella GSM. L'apparecchio viene fornito premontato e
comprende il localizzatore vero e proprio, l'antenna GPS,
quella GSM ed i cavi adattatori d'antenna. La tensione di
alimentazione nominale è di 3,6V, tuttavia è disponibile
separatamente l’alimentatore switching in grado di funzionare con una tensione di ingresso compresa tra 5 e 30V
(FT601M - Euro 25,00) che ne consente l’impiego anche in
auto. I dati vengono inviati al cellulare dell'utente tramite
SMS sotto forma di coordinate (latitudine+longitudine) o
mediante posta elettronica (sempre sfruttando gli SMS).
In quest'ultimo caso è possibile, con delle semplici applicazioni web personalizzate, sfruttare i siti Internet con cartografia per visualizzare in maniera gratuita e con una semplice connessione Internet (da qualsiasi parte del mondo) la
posizione del target e lo spostamento dello stesso all'interno
di una mappa. Sono disponibili per questo apparato sistemi
autonomi di alimentazione (pacchi di batterie al litio) che
consentono, unitamente a speciali magneti, di effettuare
l’installazione in pochi secondi su qualsiasi veicolo.
Ulteriori informazioni sui nostri siti www.futurashop.it e
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Dispositivo di localizzazione personale e veicolare di ridottissime dimensioni. Integra un modem cellulare GSM, un
ricevitore GPS ad elevata sensibilità ed una fonte autonoma
di alimentazione (batteria al litio). I dati relativi alla posizione vengono inviati tramite SMS ad intervalli programmabili a uno o più numeri di cellulare abilitati. Questi dati possono essere utilizzati anche da appositi programmi web che
consentono, tramite Internet, di visualizzare la posizione del
target su mappe dettagliate.
MODALITA' DI FUNZIONAMENTO
Invio di SMS ad intervalli predefiniti: l'unità invia ai
numero telefonici abilitati un messaggio con le coordinate ad
intervalli di tempo predefiniti, impostabili tra 2 e 120 minuti. Gli SMS contengono l'identificativo dell'unità con i dati
relativi alla posizione, velocità e direzione nel formato prescelto.
Polling: l'unità può essere chiamata da un telefono il cui
numero sia stato preventivamente memorizzato; al chiamante viene inviato un SMS con tutti i dati relativi alla posizione
del dispositivo.
Polling SMS: Inviando un apposito SMS è possibile ottenere un messaggio di risposta contenente le informazioni relative alla cella GSM in cui l'unità remota è registrata. Questa
funzione consente di sapere (in maniera molto
più approssimativa) dove si trova il dispositivo anche quando non è disponibile il segnaSERVIZIO WEB
GRATUITO le della costellazione GPS.
Emergenza: Questa funzione fa capo al
A quanti acqu
istano una no
pulsante Panic dell'unità remota: premendo
stra unità
remota GPS/
GSM diamo
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il pulsante viene inviato ad un massimo di tre
possibilità
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e il nostro
numeri telefonici preprogrammati un SMS di
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Sistema di localizzazione personale e veicolare di ridottissime dimensioni. Si differenzia dal modello standard (G19B)
per la possibilità di utilizzare connessioni GPRS (oltre alle
normali GSM) e per la disponibilità di un microfono integrato ad elevata sensibilità. I dati relativi alla posizione vengono
inviati tramite la rete GPRS o GSM mediante SMS o email.
Funzione panico e parking. Possibilità di utilizzare servizi
web per la localizzazione tramite pagine Internet.
MODALITA' DI FUNZIONAMENTO
Invio dei dati di localizzazione tramite rete GPRS e
web server: l'unità remota è connessa costantemente alla
rete GPRS ed invia in tempo reale i dati al web server; è così
possibile conoscere istante dopo istante la posizione del
veicolo e la sua direzione e velocità con un costo particolarmente contenuto dal momento che nella trasmissione a pacchetto (GPRS) vengono addebitati solamente i dati inviati ed
in questo caso ciascun pacchetto che definisce la posizione è
composto da pochi byte.
Ascolto ambientale tramite microfono incorporato:
chiamando il numero dell'unità remota, dopo otto squilli,
entrerà in funzione il microfono nascosto consentendo di
ascoltare tutto quanto viene detto nell'ambiente in cui opera
il dispositivo. Utilizzando un'apposita cuffia/microfono sarà
possibile instaurare una conversazione voce bidirezionale
con l'unità remota. La sensibilità del microfono è di -24dB.
Emergenza: Questa funzione fa capo al pulsante Panic dell'unità remota: premendo il pulsante viene inviato in continuazione al web server un messaggio di allarme con i dati
della posizione ed a tutti i numeri telefonici memorizzati un
SMS di allarme con le coordinate fornite dal GPS.
Park/Geofencing: tale modalità di funzionamento può
essere attivata sia con l'apposito pulsante che mediante
l'invio di un SMS. Questa funzione - attivata solitamente
quando il veicolo viene posteggiato - determina l'interruzione dell'invio dei dati relativi alla posizione. Qualora il
veicolo venga spostato e la velocità superi i 20 km/h, la trasmissione riprende automaticamente con una segnalazione
d'allarme. Qualora la connessione GPRS non sia disponibile,
vengono inviati SMS tramite la rete GSM.
Telecontrollo GSM bidirezionale
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Sistema di controllo remoto bidirezionale che sfrutta la rete GSM per le attivazioni ed i controlli.
Configurabile con una semplice telefonata, dispone di due uscite a relè (230Vac/10A) con
funzionamento monostabile o bistabile e di due ingressi di allarme optoisolati. Possibilità di memorizzare 8 numeri per l'invio degli allarmi e 200 numeri per la funzionalità apricancello. Tutte le
impostazioni avvengono tramite SMS. Alimentazione compresa tra 5 e 32 Vdc, assorbimento massimo 500mA. Antenna GSM bibanda integrata. GSM: Dual Band EGSM 900/1800 MHz (compatibile con ETSI GSM Phase 2+ Standard); dimensioni: 98 x 60 x 24 (L x W x H) mm.
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LETTERE
IL DIMMER
A 24 VOLT
Disponendo di una certa quantità di
lampadine a 24 volt per camion, vorrei
realizzare un piccolo impianto di illuminazione con tanto di regolatore per
poter impostare accuratamente la luce
diffusa. Potrei utilizzare come variatore il dimmer per alogene proposto nel
fascicolo n° 40 di Elettronica In, ovviamente applicando all’ingresso una tensione di 24÷26 volt invece dei canonici 12 volt?
Massimo Brigatti - Genova
Naturalmente: il varialuce è genericamente indicato per gli impianti domestici che funzionano a 12 V, tuttavia
nulla vieta di utilizzarlo per alimentare
lampadine ad incandescenza a 24 V;
basta, appunto, applicare in ingresso 24
volt: poi, per il resto, funziona tutto
come a 12.
C'E' GETTONIERA
E GETTONIERA
Ho avuto modo di leggere l'articolo
apparso nel fascicolo n° 41 di
Elettronica In nel quale si parla della
nuova gettoniera con credito a tempo,
ma non ho ben capito la differenza con
quella pubblicata in dicembre/gennaio
1998. Cosa ha di più, e in che modo si
usa? Si può modificare la gettoniera
normale per ottenere quella a tempo?
Marco Vignali - Roma
La differenza sostanziale tra la gettoniera del dicembre/gennaio scorso e
quella proposta nel fascicolo numero
41 sta nel modo di scaricare i crediti, e
nel significato di questi: il progetto originario prevede la diminuzione di un
credito ogni volta che si inserisce una
chipcard nel lettore, quindi il comando
di un relè che scatta per un tempo predeterminato. E' perciò adatta agli erogatori automatici che devono attivare
un elettromagnete, aprire una porta
elettrica, fornire un prodotto preconfeElettronica In - ottobre ‘99
zionato. La nuova gettoniera stabilisce
invece una durata temporale per ogni
credito, cosicché inserendo una carta
nell'apposito lettore viene scaricata
un’unità di credito ogni unità di tempo;
fino a quando la tessera stessa non
viene estratta il relè di uscita resta eccitato e l'erogazione del servizio rimane
abilitata. In pratica, se ogni credito
dura 5 secondi e si mantiene inserita la
chipcard per un minuto, vengono tolte
12 unità di credito, ed il relè rimane
eccitato per 1 minuto. Il sistema è dunque adatto a quegli erogatori in cui è
l'utente a scegliere per quanto tempo
vuole usufruire del servizio, pagando
in proporzione.
IL CUORE
DELLA PARABOLA
Nei depliant e nei manuali d'uso dei kit
per la ricezione della TV da satellite si
parla frequentemente di LNB, e mi pare
d'aver capito che questo strano oggetto
sia quello di forma cilindrica che sta
affacciato all'interno dell'antenna
parabolica. A cosa serve esattamente?
Ha forse il compito di raccogliere il
segnale, visto che il cavo parte da lì?
Marcello Vaghi - Milano
Più o meno hai indovinato, perché
l'LNB è proprio l'elemento che, posto
SERVIZIO
CONSULENZA
TECNICA
Per ulteriori informazioni
sui progetti pubblicati e
per qualsiasi problema tecnico relativo agli stessi è
disponibile il nostro servizio di consulenza tecnica
che risponde allo 0331577982. Il servizio è attivo
esclusivamente il lunedì
dalle 14.30 alle 17.30.
in corrispondenza del "fuoco" della
parabola, agisce come collettore di
tutte le onde radio captate da essa. Ma
non solo, perché svolge altre importanti funzioni: infatti si comporta più o
meno come un radioricevitore tradizionale, perché per prima cosa amplifica
la debole RF, quindi fa battere il risultato con una frequenza generata tramite un oscillatore locale tenuto sempre
in passo. Il battimento avviene in uno
stadio mixer dal quale si ottiene la differenza tra i due segnali, cioè quello
captato e quello locale. Diciamo pure
che siccome la banda (Ku) riservata
alla TV satellitare è compresa tra 12,2
e 12,7 GHz, ed i ricevitori commerciali sintonizzano più o meno fino ad 1,5
GHz, quello che esce da un LNB e che
possiamo
chiamare
Frequenza
Intermedia, è una gamma compresa tra
950 e 1450 MHz; la frequenza d'oscillatore locale è pertanto fissa, e pari ad
11,25 GHz.
Normalmente l'LNB è alimentato con
una tensione continua di 13 volt fornita
direttamente dal ricevitore satellitare e
prelevata dal connettore coassiale,
quindi sovrapposta alla radiofrequenza;
il segnale convertito passa tramite un
condensatore di disaccoppiamento ed è
facilmente prelevabile dall'ingresso del
ricevitore.
IL FUNZIONAMENTO
DEI SENSORI P.I.R.?
Negli impianti d'allarme si usano quasi
sempre quei sensori che anche voi
chiamate P.I.R. e che rilevano lo spostamento delle persone in un cortile o
in un'abitazione. So che sono molto
efficaci e pratici, non per niente sono i
preferiti dagli installatori. Quello che
non so è come funzionano: sapete spiegarmelo in parole povere?
Giuliano Pinna - Cagliari
Certo: il sensore P.I.R. (Passive
Infrared Radar, ovvero radar ad infrarossi passivi) è basato sul principio che
tutti i corpi animati possiedono calore,
3
e che il calore (ce lo insegna la fisica...)
è una radiazione luminosa non visibile
dall’occhio umano perché collocata nel
lontano infrarosso. Pertanto alla base di
un simile dispositivo vi è un rivelatore
piroelettrico ceramico, ovvero un componente in grado di rilevare la presenza
di corpi abbastanza caldi (es. le persone, gli animali, le automobili) ad una
distanza che, spingendo al massimo la
sensibilità, può superare i 10÷15 metri.
Per evitare falsi allarmi occorre che il
sensore rilevi solamente la presenza di
fonti di calore in movimento, altrimenti trovandosi di fronte ad una stufetta o
ad un qualunque elettrodomestico che
scaldi un po' darebbe continuamente
indicazioni inesatte. Ecco quindi che
nei P.I.R. il rilevatore piroelettrico è
nascosto dietro una cosiddetta "lente
di Fresnel", la quale ha la caratteristica
di focalizzare sulla superficie sensibile
del componente le radiazioni prodotte
da un corpo caldo in movimento davanti ad esso, lasciando il tutto insensibile
alla permanenza del predetto corpo. Gli
impulsi a bassissima frequenza che ne
derivano vengono amplificati e poi
inviati ad un comparatore collegato
all’uscita del dispositivo.
IL SALDATORE
SCALDA DI MENO
Per i miei montaggi elettronici utilizzo
un buon saldatore comperato diversi
anni fa, comodo da usare ed efficace in
ogni saldatura; tuttavia per certi integrati ed alcuni chip in SMD temo sia
troppo potente, perché ha una resistenza da 50 watt e potrebbe surriscaldarli; come posso costruire un semplice
regolatore di temperatura o comunque
qualcosa in grado di abbassare (ad
esempio a due o tre scatti) la potenza
quando devo lavorare con componenti
particolarmente sensibili?
Mario Belmonte - Torino
Dato che il tuo saldatore funziona a
220 volt potresti provare con un dimmer (varialuce) di quelli usati per controllare le lampadine ad incandescenza:
permette una regolazione abbastanza
fine e poi puoi montarlo in una scatoletta di plastica posta in serie al cavo di
rete (fai attenzione ai collegamenti!);
un progetto del genere è stato pubblicato sul fascicolo n° 39 del maggio di
4
Schema funzionale di un sensore PIR ad infrarossi passivi: il segnale di
bassa frequenza prodotto dal rivelatore piroelettrico viene amplificato ed
applicato ad un comparatore che genera l’impulso di uscita.
quest’anno. Se invece vuoi qualcosa di
più semplice puoi realizzare il solito
scatolino con un interruttore (250V,
1A) da collegare in serie ad uno dei fili
del cavo di alimentazione, ponendo poi
tra i due contatti un diodo 1N4007
senza curarti della polarità, come illustrato nello schema a pie’ di pagina.
Così facendo, quando l'interruttore è
chiuso, il saldatore lavora alla potenza
nominale (i 50 watt che hai detto...)
mentre se lo apri il diodo provvede a
“tagliare” una semionda ad ogni periodo della sinusoide di rete, determinando sulla resistenza una dissipazione di
potenza pari a circa metà di quella normale.
LA CHIAVE
A CONTATTO
Ho sentito che da qualche tempo sono
disponibili delle particolari chiavi
codificate, ad alta sicurezza, che basta
appoggiarle ad un contatto (ad esempio sulla porta) per aprire o disattivare un antifurto. Non si tratta di trasponder o roba simile. Sapete di cosa si
tratta, o avete già pubblicato qualcosa
in proposito?
Luigi Grassi - Trieste
Probabilmente stai parlando delle
Interruttore
Rete
1N4007
Saldatore
Button-Key, che sono dei particolari
dispositivi encoder aventi la forma di
una pila a bottone (tipo CR1632...)
contenenti un microchip al silicio capace di generare, se alimentato con due
soli contatti (tanti quanti quelli di una
comune pila...), un treno di impulsi
digitali caricando in maniera diversa la
linea tramite la quale le viene fornita la
tensione di alimentazione; con un
apposito circuito in grado di rilevare le
variazioni di corrente (due livelli: 1 e 0
logico), è facile leggere e confrontare
la stringa di dati con quella o quelle
preventivamente memorizzate in fase
di autoapprendimento, quindi svolgere
tutte le operazioni del caso. Sfruttando
le Button-Key abbiamo sviluppato una
serratura elettronica a combinazione
idonea al comando di svariate apparecchiature, nonché di centraline d'allarme
ed apricancello, ma anche di semplici
elettroserrature. La gestione dell'insieme è affidata ad un microcontrollore
Atmel di tipo AT89C2051, ad 8 bit.
Puoi trovare il progetto, con quel po' di
teoria che serve a comprenderlo, nel
fascicolo n° 41 di Elettronica In. In
questo circuito viene utilizzato il
modello DS1990A della Dallas
Semiconductor al cui interno è presente una ROM programmata univocamente in fabbrica.
Un sistema semplice ed economico per
dimezzare la potenza dei saldatori è
quello di collegare in serie al cavo di
alimentazione un comune diodo.
L’interruttore consente di selezionare il
modo di funzionamento: a metà o a
piena potenza.
Elettronica In - ottobre ‘99
PS3010
PS1503SB
PS3020
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con tecnologia
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la corrente erogata dall'alimentatore. Contenitore in acciaio, pannello frontale in plastica. Colore:
bianco/grigio; peso: 3,5 Kg.
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uscita singola di 0 - 30Vdc e corrente
massima
di
10A.
Limitazione di corrente da 0 a
10A
impostabile
con
continuità. Due display indicano
la tensione e la corrente erogata
dall'alimentatore. Contenitore in
acciaio, pannello frontale in
plastica. Colore: bianco/grigio;
peso: 12 Kg.
Alimentatore stabilizzato con uscita singola di 0-30Vdc e corrente
massima di 20A. Limitazione di
corrente da 0 a 20A impostabile
con continuità. Due display indicano la tensione e la corrente erogata dall'alimentatore.
Contenitore in acciaio, pannello
frontale in plastica. Colore: bianco/grigio; peso: 17 Kg.
Alimentatore stabilizzato con uscita
duale di 0-30Vdc per ramo con corrente massima di 10A. Ulteriore uscita stabilizzata a 5Vdc. Quattro
display LCD indicano contemporaneamente la tensione e la corrente
erogata da ciascuna sezione;
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in serie le due sezioni. Contenitore
in acciaio, pannello frontale in
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uscita duale di 0-30Vdc per ramo
con corrente massima di 3A.
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5Vdc con corrente massima di
3A. Quattro display LCD indicano contemporaneamente la tensione e la corrente erogata da ciascuna sezione; limitazione di corrente 0÷3A impostabile indipendentemente per ciascuna uscita.
Possibilità di collegare in parallelo o in serie le due sezioni. Peso:
11,6 Kg.
PS23023
Alimentatore stabilizzato con
uscita singola di 0-30Vdc e corrente
massima
di
3A.
Limitazione di corrente da 0 a
3A impostabile con continuità.
Due display LCD indicano la
tensione e la corrente erogata
dall'alimentatore. Contenitore in
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acciaio, pannello frontale in plastica. Colore: bianco/grigio. Peso:
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protezione
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COMPUTER
CONVERTITORE
BIDIREZIONALE
RS232 / RS485
di Sandro Reis
Q
uando bisogna collegare due o più Computer, si
usa "metterli in rete", costituire cioè una rete locale (solitamente Ethernet) montandovi apposite schede
d'interfaccia e poi interconnettendoli con cavo
coassiale. Se invece basta connettere tra
loro due PC o un computer ad una periferica soltanto, si può evitare la rete locale e ricorrere alle porte seriali, realizzando quello che è più noto come
Interlink: con un cavo seriale nullmodem si uniscono le COM, quindi si
attiva la comunicazione
usando del software specifico che permette il trasferimento dei dati
tramite seriale.
Tuttavia, se il collegamento va realizzato a grande distanza, le
porte RS232-C non si possono più utilizzare in quanto funzionano correttamente con cavi non più lunghi di 15÷20
metri; in alternativa è possibile utilizzare il
modem, ma ciò vorrebbe dire usare la normale linea
telefonica e pagare le telefonate, oppure realizzare un
8
link seriale via-radio, utilizzando due trasmittenti e due
riceventi, ovvero due RTX capaci di lavorare con
segnali digitali a 2.400, 4.800 o 9.600 Baud.
Disponendo invece di una linea fissa (point-topoint) o avendo comunque la possibilità di stendere un cavo tra le due unità, situate magari all'interno di un complesso industriale o ai due estremi di un isolat o , si può sfruttare l'interfaccia
RS485,
grazie alla
quale si raggiunge
la
distanza di un chilometro, godendo di
una buona immunità
nei confronti dei disturbi
senza richiedere circuiti troppo sofisticati, come dimostra
lo schema elettrico visibile in queste pagine. Il nostro dispositivo rappresenta un'unità ricetrasmittente che funziona
da convertitore RS232-C/RS485-A, e viceversa: è
perciò bidirezionale, nel senso che permette di trasmettere dati da un computer, e riceverli lungo la solita porta
seriale. Può comunicare in simplex, attivando o disattiElettronica In - ottobre ‘99
Permette
comunicazioni
su lunghe distanze,
superando i limiti
imposti dalle
comuni porte seriali
RS232-C dei
Personal Computer;
bastano due unità
per ricetrasmettere
utilizzando
del normale
cavo twistato
per dati.
vando la sezione ricevente o quella trasmittente. Si
tratta insomma del dispositivo ideale per risolvere i
problemi di connessione a distanza tra PC e periferiche, pratico per la semplicità delle interfacce e per
il fatto di poter approntare un bus lungo il
quale collegare non solo due ma
fino a 30 dispositivi, attivando
di volta in volta
quelli che servono. Prima
di studiare lo
schema
elettrico dell'unità
RTX ci
s e m b r a
doveroso
fare
qualche cenno alla
teoria di funzionamento
dell'interfaccia RS485-A, cominciando col dire che è destinata alle
comunicazioni seriali; lo scambio dei dati
necessita di una linea bilanciata, composta cioè da due
fili più uno di massa. L'ottima immunità nei confronti dei disturbi deriva proprio dal fatto che, a differenza della più semplice RS232-C, i livelli logici viaggiano bilanciati, e pertanto in ricezione chi provvede a
Elettronica In - ottobre ‘99
leggerli è uno stadio differenziale, capace di annullare quasi completamente le interferenze. Per comprendere il perché di questo beneficio basta sapere come
avvengono le comunicazioni bilanciate: il livello
logico alto (mark) viene generato forzando sul
canale A un impulso negativo rispetto al
conduttore di massa (comune) e sul
B un altro impulso, però
positivo rispetto a
massa. Per il livello logico basso
(space)
le
condizioni
si ribaltano: su A
viene generato l’impulso positivo
e su B il negativo ottenendo
comunque una differenza di tensione. Il risultato è che, mandando i canali
A e B all'ingresso di un generico amplificatore
differenziale - il primo sul non invertente e il secondo sull'invertente - l'uscita si porta a 0 nel caso del
livello logico alto e a 1 in caso di livello basso.
Se nel percorso da un'unità all'altra vengono indotti
nei cavi dei disturbi elettromagnetici, e si suppone
che la loro ampiezza risulti uguale tra ogni conduttore e massa, il differenziale provvede teoricamente ad
9
lo standard RS485-A
Per le comunicazioni seriali a grande distanza la tipica
porta RS232-C di cui sono provvisti Personal Computer
ed altri strumenti non basta, giacché garantisce al massimo una portata di 20 m. Ecco perché è stato messo a
punto il link a standard RS485-A, con il quale si possono realizzare collegamenti anche ad 1 chilometro! Ed
inoltre è possibile costituire un bus, ovvero collegare ad
un solo cavo non due, ma tre o più unità (fino ad un
massimo di 32) attivando di volta in
volta una sola in trasmissione, ed una o
più per ricevere i dati che transitano in un determinato
momento. Per capire cos'è l'interfaccia RS485-A, dobbiamo
cominciare col dire che è
destinata alle comunicazioni seriali; lo scambio dei dati
necessita di una linea
bilanciata, composta cioè
da due soli fili. L'ottima
immunità nei confronti
dei disturbi, caratteristica
saliente
dell'RS485,
deriva proprio dal fatto che,
a differenza della più semplice RS232-C, i livelli logici viaggiano bilanciati,
e pertanto in ricezione
chi provvede a leggerli è uno stadio differenziale, capace di annullare, almeno in teoria,
le interferenze. Il perché di questo si capisce sapendo
come avvengono le comunicazioni bilanciate: quando si
ha il livello logico alto (mark) sul filo A si trova un
impulso negativo rispetto al conduttore di massa (comune) e sul B un altro impulso, però positivo rispetto a
massa. Avendo il livello logico opposto (0=space) le
condizioni si ribaltano: A diventa positivo e B negativo.
Il risultato è che mandando gli impulsi all'ingresso di un
generico amplificatore differenziale, A sul non-invertente e B sull'invertente, l'uscita si porta allo stato 0 nel
primo caso ed all'1 nel secondo. Se nel percorso da
annullarli: infatti mandando agli
ingressi invertente e non-invertente di
un operazionale due segnali identici in
fase ed ampiezza, esso li somma algebricamente ricavando per essi una
variazione nulla. Nella pratica le cose
non vanno proprio così, e l'attenuazione di un disturbo captato dalla linea
dipende dal CMRR (Rapporto di
Reiezione in Modo Comune) ovvero
dalla capacità che ha il differenziale di
amplificare in eguale misura un unico
10
un'unità all'altra vengono indotti nei fili dei disturbi elettromagnetici, e si suppone che la loro ampiezza risulti
uguale tra ogni conduttore e massa, il differenziale provvede teoricamente ad annullarli: infatti mandando agli
ingressi invertente e non-invertente di un operazionale
due segnali identici in fase ed ampiezza, esso li somma
algebricamente ricavando per essi 0. Poi nella pratica le
cose non vanno così, e l'attenuazione di un disturbo captato dalla linea dipende dal CMRR ovvero dalla capacità che ha il differenziale di amplificare in eguale misura un unico
segnale applicato contemporaneamente ai suoi ingressi invertente
(-) e non-invertente (+).
Chiarito questo, possiamo
dire che un'interfaccia trasmittente RS485-A è strutturata in
modo che ricevendo un livello
logico alto TTL (+5V) produca sui due fili di uscita, e
rispetto a massa, i due impulsi
di uguale ampiezza e polarità opposta (cioè uno positivo e
l'altro negativo); con
lo 0 TTL fa lo stesso, solo
che le polarità sono invertite
tra il filo A ed il B. Nello standard comune a tutte le comunicazioni seriali (TTY, RS232-C, RS422 e 423) per i
dati l'1 logico (mark) corrisponde ad una tensione differenziale negativa (A<B) e lo zero (space) equivale ad
una tensione positiva (A>B). Quanto alla parte ricevente, è solitamente un differenziale con uscita TTL-compatibile, fatto in modo che quando A è positivo rispetto a B
in uscita troviamo uno 0 logico, mentre con A negativo
nei confronti del B risulti l'1. Ovviamente questo vale per
i dispositivi convertitori TTL/RS485-A integrati.Usando
cavi schermati per dati (1 coppia twistata+schermo)
nelle migliori condizioni si riesce a comunicare ad una
distanza massima di 1200 metri, e addirittura ad una
velocità di quasi 10 Mbit/s.
segnale applicato contemporaneamente
ai suoi ingressi invertente (-) e noninvertente (+). Chiarito questo, possiamo dire che un'interfaccia trasmittente
RS485-A è strutturata in modo che
ricevendo un livello logico alto TTL
(+5V) produca sui due fili di uscita, e
rispetto a massa, i due impulsi di uguale ampiezza e polarità opposta (cioè
uno positivo e l'altro negativo); con un
livello basso le polarità sono invertite
tra il filo A ed il B. Nello standard
comune a tutte le comunicazioni seriali, per i dati l'1 logico (mark) corrisponde ad una tensione differenziale
negativa (A<B) e lo zero (space) equivale ad una tensione positiva (A>B).
Quanto alla parte ricevente, è solitamente un differenziale con uscita TTLcompatibile, fatto in modo che quando
A è positivo rispetto a B esca un livello
basso, mentre con A negativo nei confronti di B risulti un livello alto. Questo
vale per i dispositivi convertitori
Elettronica In - ottobre ‘99
TTL/RS485-A, che sono quelli più
comuni e si trovano in forma integrata.
IL NOSTRO
CIRCUITO
Nel nostro progetto utilizziamo
l'SN75176 della Texas Instruments;
essendo la nostra interfaccia destinata a
RS485-A/TTL e viceversa. Lo schema
elettrico mostra la semplicità del dispositivo: bastano due integrati più un
regolatore di tensione e pochi componenti passivi, ed il gioco è fatto. U1 è il
converter MAX232, ed interfaccia la
porta seriale del computer che abbiamo
selezionato per la connessione; U2 è
invece il chip che provvede alla conver-
ricevuti sul bus RS485-A, mentre il
receiver compreso tra i pin 13 (IN) e 12
(OUT) riceve dal PC le informazioni da
trasmettere in RS485-A. L'altro ricevitore, cioè la parte di MAX232 compresa tra i piedini 8 e 9, è usata per gestire, sfruttando il DTR (Data Terminal
Ready) l'attività dell'U2, qualora si
desideri che sia il computer locale a
collegamento al bus 485-A
JP3 aperto
JP3 aperto
JP3 chiuso
JP3 chiuso
Uno dei pregi dell'interfaccia RS485-A è quello di
poter disporre più unità su un'unica linea, in parallelo,
in modo da mettere in comune i segnali che vi viaggiano.
Il vantaggio rispetto ad un link tradizionale, tra due
apparati remoti, è che un solo canale-dati può essere condiviso da molti computer, strumenti, o stampanti seriali,
semplicemente collegando sui due fili A e B i morsetti
dei convertitori. Proprio per agevolare chi desidera realizzare un simile impianto, ogni circuito dispone di 2
morsettiere i cui segnali sono tra loro in parallelo: così
basta entrare in una con il cavo che arriva da un'altra unità, ed uscire dall'altra morsettiera per andare verso
una terza scheda. L'unica raccomandazione è di chiudere il terminatore R2 sui converter estremi, ovvero sui due
più lontani. L’illustrazione mostra una connessione a bus di 4 elementi: tra i due esterni vi possono essere fino a
30 unità. Notate che le due schede terminali (quelle tra le quali la distanza è maggiore) devono chiudere la
linea caricandola ciascuna con la propria resistenza R2; allo scopo è indicato di chiudere JP3, che deve invece
rimanere aperto nelle altre unità. La connessione è realizzata con un cavo a 4 fili per
permettere all’unità Master di alimentare i tre Slave.
trasformare in trasmissione i livelli
logici RS232-C in RS485-A, ed in ricezione quelli RS485-A in RS232-C,
occorre un secondo integrato, necessario a convertire i livelli forniti dalla
porta seriale del computer in TTL, e
viceversa. Questo chip è il già noto
MAX232 della Maxim, che in comune
con l'SN75176 ha la capacità di ottenere impulsi in formato 0/5 V. Quindi il
nostro dispositivo è un doppio convertitore, TTL/RS232-C e viceversa, e
Elettronica In - ottobre ‘99
sione RS485-A e quindi alla ricetrasmissione dei dati lungo la linea A-B.
Infine, U3, il solito regolatore 7805,
permette di ricavare i 5 volt che bastano ad entrambi i chip per funzionare
egregiamente.
Procediamo con ordine e vediamo che
dell'U1 vengono utilizzati tre canali dei
quattro disponibili: due RS232-C/TTL
ed uno TTL/RS232-C; quest'ultimo
serve per la trasmissione verso il computer (RXD della seriale...) dei dati
controllare l'alternarsi delle fasi di ricezione e trasmissione. Il canale che sul
connettore a 9 pin è marcato RXD è l'uscita dei dati, e parte dal piedino 1
dell'SN75176 che non è altro che l’uscita R dei dati convertiti dal formato
RS485-A in TTL; gli impulsi inviati
dal Personal sul TXD, e trasformati in
TTL dal MAX232, arrivano al pin 4
(D) e da esso possono uscire verso la
linea RS485. Dell'integrato U2 va detto
che funziona in modo semplice ed
11
essenziale, essendo costituito da un
canale trasmittente ed uno ricevente,
attivabili o disattivabili separatamente:
l'uscita e l'entrata dei dati da e verso il
bus sono in comune, connesse ai soliti
punti A e B (rispettivamente pin 6 e 7)
cosicché il chip può trasmettere e ricevere in ogni momento. Ad inibire una o
modo che preferite: la condizione di
ricezione o trasmissione può funzionare in automatico o essere gestita da PC
tramite la linea DTR. Nel secondo caso
è necessario realizzare un software
appositamente studiato per gestire il
DTR in modo da porlo a livello alto
(+12V) quando il computer deve rice-
JP1 ed altre due per JP2: inserendo JP1
nella posizione contrassegnata nello
schema elettrico con “JP1 A” e JP2 in
“JP2 B” si imposta la scheda in modo
da controllare il flusso dei dati in ricezione / trasmissione via computer;
facendo il contrario (ponticelli inseriti
in JP1 B e JP2 A) si forza la modalità
schema elettrico
l'altra parte provvedono i piedini 3
(DE) e 2 (/RE) che funzionano così: il
3 riguarda l’abilitazione del trasmettitore ed è attivo alto; il 2 è il segnale di
attivazione della ricezione ed è attivo
basso. Mediante i ponticelli JP1 e JP2 è
possibile configurare la scheda nel
vere, e a quello basso (-12V) nei periodi di trasmissione; oppure prevedere un
protocollo particolare che impedisca la
scrittura simultanea di due o più schede
nel caso in cui la gestione trasmissione/ricezione sia automatica. Nel circuito trovate due posizioni per il jumper
L’SN75176BP utilizzato
come trasmettitore
converte, ad ogni impulso
di abilitazione (DE) il
segnale presente
all’ingresso D (seriale
RS232-C) nel segnale
RS485-A presente
ai terminali A e B.
di funzionamento automatica. Infatti
chiudendo JP1 dal pin 3 dell'SN75176
al +5V si abilita il chip alla trasmissione, allorché esso, ricevendo dati TTL
sul piedino 4 (D) li converte in formato
RS485 trasformandoli sotto forma di
tensione differenziale tra 6 e 7 (rispetti-
L’SN75176BP utilizzato
come ricevitore varia la
sua uscita (R) in funzione
della differenza di
potenziale presente tra
A e B come indica la
tabella sottostante.
La stessa scheda può
essere utilizzata sia come
trasmettitore che come
ricevitore.
12
Elettronica In - ottobre ‘99
vamente A e B); chiudendo JP2 tra /RE
(pin 2) e massa è abilitata anche la
sezione ricevente, perciò ogni coppia di
impulsi in arrivo sui fili A e B esce, trasformata in formato 0/5 V, dal piedino
1 (R).
Il circuito va alimentato con una tensione continua di valore compreso tra 8
e 15 volt, applicata tra il +V e massa,
quindi il regolatore U3 ricava i 5 volt
che servono ad U1 e U2. Il MAX232
dispone internamente di un circuito
elevatore di tensione necessario a ricavare i ± 10 volt necessari a pilotare i
due driver di linea RS232-C.
L’elevatore funziona a carica di capacità sfruttando, come componenti esterni, i condensatori C1, C2, C4 e C5 (il
C3 filtra l'alimentazione dai residui di
commutazione). L’integrato U2 dispone di un driver d'uscita a ponte, capace
cioè di invertire, in trasmissione, la
Pin out del SN75176BP
polarità tra i piedini 6 e 7. In pratica
può rendere A positivo rispetto a B, e
viceversa, semplicemente con 4 transistor connessi a ponte. Riguardo all'interfaccia lungo la linea RS485, notate
la resistenza R2: essa va inserita, chiudendo il jumper JP3, quando la scheda
piano di montaggio
COMPONENTI
R1: 2,2 KOhm
R2: 220 Ohm
C1: 1 µF 100VL elettrolitico
C2: 1 µF 100VL elettrolitico
C3: 100 nF multistrato
C4: 1 µF 100VL elettrolitico
C5: 1 µF 100VL elettrolitico
C6: 100 nF multistrato
C7: 10 µF 63VL elettrolitico
C8: 470 µF 25VL elettrolitico
C9: 100 nF
multistrato
C10: 100 nF
multistrato
U1: MAX232
U2: SN75176BP
U3: 7805
regolatore 5V
FUS: Fusibile
1A rapido
è quella terminale di un bus, quindi
anche nel caso si utilizzino due unità
per un link seriale tra due computer.
Invece, interconnettendo a bus un maggior numero di circuiti quelli ai capi
della linea (i più lontani) devono presentare la resistenza R2 inserita, men-
Varie:
- zoccolo 8+8 pin;
- zoccolo 4+4 pin;
- pin strip 2 poli;
- pin strip 3 poli (2 pz);
- connettore vaschetta
9 poli femmina;
- portafusibile da c.s.;
- morsettiera 2 poli (5 pz);
- stampato cod. L040.
tre gli altri, che si trovano tra essi no
(JP3 aperto).
IN PRATICA
Bene, adesso che sappiamo quasi tutto
passiamo a vedere come costruire in
Schema logico del
Differential Bus Transceiver
SN75176BP della
Texas Instruments.
L’integrato della Texas consente di collegare tra loro un
massimo di 32 dispositivi mediante un semplice doppino; la
lunghezza del cavo non deve superare i 1200 metri.
Elettronica In - ottobre ‘99
13
l’impostazione dei dip-switch JP1 e JP2
JP1
JP2
A
A
C
C
B
B
pratica il nostro convertitore, fermo
restando che per comunicare ne occorre ovviamente almeno due. Ricavate la
pellicola per la fotoincisione dalla traccia lato rame del circuito stampato,
illustrata in queste pagine in scala 1:1.
Incisa e forata la basetta iniziate montando resistenze e zoccoli per i due
integrati dip, quindi i condensatori,
avendo cura di rispettare la polarità
indicata per quelli elettrolitici.
Sistemate il connettore femmina a 9
poli, a vaschetta (per c.s. con terminali
a 90°...) a fondo, quindi saldatelo bene
con particolare riguardo per le alette di
fissaggio; per le connessioni di linea
abbiamo previsto due morsettiere a 4
poli, così da facilitare la realizzazione
di un bus: infatti è possibile ponticellare i fili del link RS485 da un'unità
all'altra, senza dover unire i conduttori,
mantenendo perciò distinti i cavi. Una
Mediante i ponticelli JP1 e JP2 è possibile configurare la scheda in modo che
funzioni in automatico o che la condizione di ricezione o trasmissione venga
gestita da PC tramite la linea DTR. Inserendo i due jumper nelle posizioni A-C
(JP1) e B-C (JP2) si imposta la scheda in modo da controllare il flusso dei dati
in ricezione/trasmissione via computer; in questo caso è necessario che il software gestisca il segnale DTR in modo da porlo a livello alto quando si vuole
ricevere e a quello basso in caso di trasmissione. Se invece i ponticelli JP1 e JP2
vengono inseriti rispettivamente tra C e B, e tra A e C, l’SN75176 si comporta
in modo automatico sia da ricevitore che da trasmettitore. In questa modalità di
funzionamento è necessario gestire con attenzione il software di comunicazione
che deve prevedere un MASTER che si occupa di “interrogare” le periferiche
SLAVE tramite un protocollo specifico. Gli SLAVE a loro volta comunicano con
il MASTER solo quando riconoscono il messaggio a loro destinato.
terza morsettiera, stavolta bipolare (ma
sempre a passo 5 mm, per c.s.) serve
per l'alimentazione dell'unità. Non
dimenticate il portafusibile 5x20 da circuito stampato, nel quale, terminata la
saldatura, potete infilare il relativo fusibile. Infine, per i ponticelli inserite e
stagnate una coppia di punte a passo
2,54 mm per JP3, e due file da 3 punte
per JP1 e JP2, tenendole dritte il più
possibile; per la chiusura procuratevi
"jumper" a passo 2,54 mm del tipo
usato nelle schede dei computer: ne
bastano 3, uno per ciascuno dei jumper.
Completate il montaggio con il regolatore U3, che va posizionato con il lato
metallico rivolto alle morsettiere, ed i
ponticelli di interconnessione (3 in
tutto) ricavabili da avanzi di terminali
tagliati da resistenze o condensatori.
Controllate bene il circuito, poi infilate
il MAX232 e l'SN75176 nei rispettivi
zoccoli, badando di orientarli come
mostra il disegno di queste pagine. Ora
l'unità d'interfaccia è pronta per l'uso,
non richiedendo alcuna taratura. Per
l'alimentazione vi basta usare un piccolo alimentatore universale, magari
provvisti di spina incorporata, che
possa fornire da 8 a 15 volt c.c. ed una
corrente di almeno 100 milliampère;
chiaramente occorre che il positivo sia
connesso al morsetto +V ed il negativo
al V- (massa). Volendo realizzare un
bus con più unità, ovvero inserire una
sola di esse in un bus RS485, procedete così: prendete un cavo per dati ad 1
coppia (twistata) più schermo, e connettete quest'ultimo al morsetto di
massa di una delle due morsettiere a 4
poli; agli A e B della stessa collegate
rispettivamente A e B della linea (i fili
della coppia interna...) che dovete aver
già identificato.
PER IL MATERIALE
Tutti i componenti utilizzati
per la realizzazione di questo
progetto sono facilmente reperibili presso i rivenditori di
materiale elettronico ad eccezione dell’integrato converter
RS232/RS485 della Texas
Instruments SN75176BP disponibile a 2.500 lire presso la
ditta: Futura Elettronica, V.le
Kennedy
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20027
Rescaldina (MI), tel. 0331576139, fax 0331-578200.
14
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
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traccia
rame in
dimensioni
reali
Elettronica In - ottobre ‘99
SICUREZZA
VIDEOSORVEGLIANZA
AMBIENTALE
CON RADIOCOMANDO
Microtrasmettitore audio/video in VHF, attivabile e disinseribile mediante
radiocomando codificato; è adatto al controllo video in locali d’ogni genere, ma
anche alla sorveglianza a distanza della propria abitazione, della camera dei
bambini, ecc. La trasmissione si riceve facilmente con qualunque televisore.
di Arsenio Spadoni
P
er controllare cosa avviene in un ambiente chiuso,
sappiamo un po’ tutti che è sufficiente procurarsi un
micro tramettitore radio così da poter
ascoltare le conversazioni o i rumori
che si propagano
al suo interno;
esiste allo scopo
una nutrita schiera di dispositivi,
anche piccolissimi,
ciascuno basato su una
propria tecnologia.
Ad esempio, disponendo (nel locale da
sorvegliare) di una
linea telefonica è possibile utilizzare un “Infinity”,
cioè un apparecchio che, chiamando il numero della linea, attiva un
microfono e mantiene aperta la conversazione anche quando l’utente nel locale ha riappeso la
cornetta; in alternativa si può adoperare un registratore di telefonate, oppure un tramettitore audio attivato
dallo sgancio del telefono ed alimentato dalla corrente
Elettronica In - ottobre ‘99
di linea. Vi sono poi numerosi apparecchi provvisti di
microfono e di un piccolo trasmettitore radio, a volte
quarzato, e idonei ad ogni genere di sorveglianza audio.
Per non parlare dei sofisticati microfoni a laser, utili
però solo in determinati casi e comunque poco utilizzati. Tuttavia, a questi sistemi, comunque ottimi
ed utilizzati con successo da professionisti e
dilettanti, manca qualcosa che oggi
possiamo aggiungere senza
troppe complicazioni grazie alla tecnologia
moderna:
il
video. Infatti,
sebbene ascoltare sia spesso
più che sufficiente, non possiamo
negare che vedere
cosa accade con i propri occhi, sebbene mediante una telecamera, sia decisamente meglio e, a volte, l’unico
modo per avere la certezza e le idee chiare su quanto sta
avvenendo. E’ proprio per questo che abbiamo proget17
schema elettrico
tato e realizzato il minitrasmettitore
audio/video descritto in queste pagine:
un dispositivo assimilabile ad una piccolissima trasmittente televisiva, collocabile in ogni luogo, camuffabile quanto basta, e perciò idoneo alla sorveglianza di ogni tipo d’ambiente, da
quelli industriali (ed esempio, un
impianto pericoloso) a quelli domestici
(la cameretta dei bambini, ecc). Il tutto
è stato previsto per funzionare con un
alimentatore da rete, quindi in ogni
caso il circuito va collocato vicino ad
una presa a 220 V: per gli impieghi particolari si può addirittura metterlo in
una scatola ad incasso, o in una cassetta universale (Living, Playbus, ecc.) per
prese a 6 frutti che contenga anche l’alimentatore. Questo circuito si differenzia da analoghi trasmettitori per la
presenza di un sistema di attivazione a
distanza mediante radiocomando codificato. Il TX televisivo è normalmente
18
spento fino a quando, chi vuol sorvegliare, non lo accende mediante un piccolo trasmettitore tascabile. Questa
soluzione permette di controllare più
ambienti mediante altrettanti trasmettitori che, utilizzando lo stesso canale
video, debbono essere attivati uno alla
volta; allo scopo è sufficiente utilizzare
un radiocomando multicanale e impostare ogni TX video in modo da essere
attivato dalla relativa codifica. La trasmissione del segnale video è affidata
schema
a blocchi
Il disegno illustra il funzionamento
del microtrasmettitore: una volta
attivato tramite il radiocomando, il
TX trasmette sul canale 12 il segnale
video e quello audio.
Elettronica In - ottobre ‘99
al modulo ibrido U5; il noto TXAV, che
già conosciamo per averlo impiegato
nei progetti pubblicati nei numeri 38 e
41 di Elettronica In: si tratta di un completo trasmettitore audio/video operante a 224,5 MHz (canale H2 in banda
III) con uno stadio RF da appena 2
mW, capace tuttavia di farsi ricevere da
qualunque televisore nel raggio di
50÷100 metri. Accetta direttamente
segnale videocomposito ad 1 Vpp/75
ohm CCIR o PAL quindi può essere
pilotato direttamente da una microcamera CCD o CMOS di quelle attualmente in commercio; allo scopo abbiamo previsto altri due punti utili per fornire la necessaria alimentazione di 12
volt c.c., perché la gran parte dei dispositivi richiede tale tensione. Certo, esistono anche telecamere a 5 volt, nel
qual caso è consigliabile disporre un
secondo regolatore uguale ad U4 e connesso analogamente ad esso, così da
Elettronica In - ottobre ‘99
avere 5 V stabilizzati e indipendenti
dallo stadio RF. Quanto all’audio,
avendo la necessità di captare le voci
ed i rumori tramite un piccolo microfono, abbiamo previsto un amplificatore
di segnale formato dai due operaziona-
li U6a ed U6b, dimensionato in modo
da garantire un’altissima sensibilità ed
una fedeltà che non potrete non apprezzare. Ai morsetti MIC si deve applicare
una capsula preamplificata a due fili (il
+ sta sul nodo R13/C13) in modo che il
debole segnale generato raggiunga
l’ingresso dell’U6a, montato come
amplificatore invertente a guadagno
variabile (mediante il trimmer R9 è
possibile variarlo tra 1 e circa 230
volte...) che lo amplifica e lo manda ad
un secondo stadio, praticamente identico. Da quest’ultimo l’audio esce con
un livello 10 volte superiore e può
quindi pilotare adeguatamente il pin 2
del modulino ibrido TC-AV, cioè l’input AUDIO.
Notate che i due operazionali funzionano a tensione singola, perciò è stato
necessario polarizzarne i piedini noninvertenti con metà del potenziale di
alimentazione (5V/2=2,5V) in modo da
19
piano di cablaggio
COMPONENTI
R1: 1,5 KOhm
R2: 10 KOhm
R3: 220 KOhm
R4: 10 KOhm
R5: 10 KOhm
R6: 10 Ohm
R7: 10 KOhm
R8: 2,2 KOhm
R9: 470 KOhm trimmer min M.O.
R10: 4,7 KOhm
R11: 47 KOhm
R12: 4,7 KOhm
R13: 4,7 KOhm
R14: 22 KOhm
R15: 22 KOhm
R16: 10 KOhm
R17: 2,2 KOhm
C1: 100 µF 16VL elettrolitico
C2: 22 µF 25VL elettrolitico
C3: 100 pF ceramico
C4: 10 nF ceramico
C5: 10 nF ceramico
C6: 470 µF 16VL elettrolitico
C7: 100 µF 16VL elettrolitico
C8: 100 nF multistrato
C9: 10 µF 63VL elettrolitico
C10: 100 nF multistrato
C11: 100 nF multistrato
C12: 100 nF multistrato
C13: 10 pF ceramico
C14: 10 µF 63VL elettrolitico
C15: 10 µF 63VL elettrolitico
C16: 100 nF multistrato
C17: 1000 pF ceramico
D1: Diodo 1N4007
DZ1: Diodo zener 5,1V
T1: BUZ11 mosfet
T2: BC557 transistor PNP
T3: BC547 transistor NPN
U1: NB-CE modulo Aurel 433 MHz
avere, a riposo, 2,5 volt sull’uscita di
ciascuno, consentendo la giusta escursione del segnale su entrambe le
semionde. I due stadi sono disaccoppiati in continua mediante i condensatori C13, C12 e C10 che lasciano passare solo la BF bloccando la componente continua. Il preamplificatore ed il
modulo TX-AV sono alimentati con i 5
volt stabilizzati forniti dal regolatore
U4 (7805) che a sua volta prende l’ali20
U2: UM86409
U3: 4013
U4: 7805 regolatore
U5: TX-AV modulo Aurel
DS1: Dip switch 10 poli
DS2: Dip switch 2 poli
MIC: microfono preamplificato
2 terminali
ANT1:Antenna accordata 433 MHz
ANT2: Antenna accordata 224 MHz
mentazione dalla linea principale a +12
V a valle del catodo del diodo di protezione D1). Va notato che il trasmettitore non funziona sempre, dato che pur
ricevendo il +5V la sua linea comune
(massa) non è costantemente collegata
al negativo d’ingresso: a chiudere il circuito di alimentazione provvede il
mosfet T1, che va in conduzione (ON)
presentando una minima resistenza
(Rdson<0,1 ohm) quando il suo gate è
Varie:
- zoccolo 9 + 9 pin;
- zoccolo 7 + 7 pin;
- zoccolo 4 + 4 pin;
- morsettiera 2 poli (2 pz.);
- morsettiera 3 poli;
- stampato cod. S299.
(tutte le resistenza utilizzate
sono da 1/4 W al 5%)
polarizzato con un livello positivo. Il
mosfet è dunque l’interruttore statico
che il ricevitore del radiocomando utilizza per accendere o spegnere il trasmettitore audiovisivo: vediamo in che
modo, riferendoci alla parte di sinistra
dello schema elettrico. Un secondo
modulo SMD, U1, viene utilizzato
come ricevitore a radiofrequanza sintonizzato a 433,92 MHz. Il segnale radio
captato dall’antenna viene amplificato
Elettronica In - ottobre ‘99
CARATTERISTICHE TECNICHE
Sezione TV
Frequenza di trasmissione.....................................224,5 MHz ±75 KHz
Potenza irradiata (antenna 75 ohm)....................................2 mW
Frequenza sottoportante audio..........................................5,5 MHz
Portata (ricezione su TV standard)...................................100 m
Preenfasi..............................................................................50 µs.
Modulazione video in ampiezza PAL negativa in banda base
Modulazione audio in frequenza con deviazione ±75 KHz
Sezione Radiocomando
Frequenza di ricezione...................................................433,92 MHz
Sensibilità (con antenna a 50 ohm)..................................2÷2,5 µV
Portata con TX standard 10 mW...........................................100 m
Numero di combinazioni.....................................................4096
Codifica MM53200/UM86409
e demodulato in ampiezza; il segnale
viene poi squadrato e triggerato in
modo da ottenere in uscita un treno di
impulsi il più possibile simile a quello
inviato dal trasmettitore. Dal pin 14
(uscita del modulo) il segnale viene
le ricevuto è stato trasmesso da un TX
del quale i dip-switch sono, uno ad
uno, disposti come quelli del nostro
circuito: ad esempio, se nel trasmettitore sono chiusi i primi 10 dip, ed aperti
gli altri, e nel ricevitore del radioco-
Traccia lato rame a grandezza naturale del master utilizzato per
realizzare il nostro prototipo.
inviato all’integrato UM86409 utilizzato come decodificatore (il pin 15 è a 0
logico) il cui scopo è evidentemente
quello di interpretare il segnale codificato: il suo piedino 17, che normalmente si trova a livello alto, scende a
zero quando all’ingresso (pin 16) arriva
un codice prodotto da un TX il cui
encoder abbia i 12 bit impostati analogamente a DS1 e DS2. In pratica il
decoder si attiva solamente se il segnaElettronica In - ottobre ‘99
mando abbiamo invece aperto tutti i
microswitch di DS1 e DS2, ogni eventuale comando va a vuoto; avendo invece i dip del DS1 tutti chiusi, ed aperti i
due del DS2, quando si preme il pulsante del trasmettitore, il decoder U2
attiva la propria uscita dando un impulso negativo. Il radiocomando è stato
progettato in modo da sfruttare non il
livello logico dovuto all’attivazione,
bensì il fronte di rilascio, quindi fintan-
toché si tiene premuto il pulsante del
TX portatile l’uscita dell’UM86409
rimane a zero, rilasciandolo, essa risale
ad 1 logico, ed è proprio in questo
momento che il flip-flop U3 riceve il
clock (transizione 0/1) ed inverte lo
stato delle proprie uscite Q e Q negato.
Va notato che, per effetto della rete
C2/R14, il componente viene resettato
nel momento in cui il circuito riceve
l’alimentazione, dunque inizialmente il
flip-flop ha il piedino 1 (Q) a stato 0 ed
il 2 (Q negato) a livello alto. A seguito
del primo impulso di clock la situazione viene ribaltata, e Q passa allo stato
alto, mandando in saturazione il transistor T3, il cui collettore va praticamente al potenziale di massa e polarizza anche T2 (che è un PNP...) facendo
in modo che il collettore di quest’ultimo porti un livello positivo al gate del
mosfet: quest’ultimo si attiva e va praticamente in cortocircuito tra drain e
source, chiudendo il ritorno dell’alimentazione del trasmettitore televisivo
che, pertanto, si accende e comincia a
trasmettere le immagini riprese dalla
telecamera e l’audio captato dal microfono. Il tutto dura fin quando non si
preme e si rilascia una seconda volta il
pulsante del TX portatile, allorché l’uscita dell’U2 torna ancora a zero logico, quindi ad 1 dando un nuovo impulso al flip-flop; il piedino 1 dell’U3 si
ripone allo stato basso, T3 e T2 vanno
in interdizione, e così pure il mosfet,
dato che ora non riceve più la polarizzazione di gate. Il drain è isolato e la
sezione TV viene spenta; naturalmente
la si riaccende con il radiocomando,
nel modo appena descritto.
La portata del comando a distanza è di
circa 50÷100 metri, almeno usando
uno dei minitrasmettitori standard da
10 mW, e riteniamo sia più che sufficiente perché uguale a quella del TX
audio/video: infatti a che servirebbe
attivare il dispositivo trovandosi più
lontano di dove si possa, con un televisore, ricevere la trasmissione del TXAV? A nulla. E’ giusto che si comandi
l’apparato da dove si riesce a vedere le
immagini, in modo da controllare subito se la ricezione è corretta, ovvero da
provvedere a spegnere il circuito qualora non serva o non convenga tenerlo
ulteriormente acceso.
Prima di concludere e passare alla
descrizione della parte pratica, dobbia21
mo fare alcune considerazioni utili a
consentirvi di conoscere ed usare al
meglio l’apparecchio: la più importante riguarda la sezione ricevente del
radiocomando, che impiega specifici
moduli Aurel dimostratisi, dalle prove
di laboratorio, gli unici adatti allo
scopo. In pratica la vicinanza del trasmettitore TV crea molti problema al
modulo ricevente, ed usando il classico
RF290A o il BC-NB o il BC-NBK,
abbiamo riscontrato che una volta attivato il circuito è difficile disattivarlo a
distanza: infatti la portante irradiata
dall'antenna trasmittente rientra in
quella ricevente e satura lo stadio di
alta frequenza (sebbene la prima sia in
VHF e quest’ultimo lavori in UHF...)
abbassandone drasticamente la sensibilità. In questo modo il segnale emesso
dal radiocomando può essere ricevuto
solo nelle immediate vicinanze (2÷10
metri) del circuito. Ovviamente ciò
non si verifica col TX televisivo spento, ma la cosa è chiaramente inaccettabile. Per evitare problemi del genere è
necessario utilizzare moduli a banda
stretta come il ricevitore supereterodina low-cost, siglato STD-LC (sintonia
con risuonatore SAW a 433,92 MHz,
conversione di frequenza con IF di 500
KHz, sensibilità di 2 di 2 µV...) o il
superrigenertivo schermato NB-CE
(sintonia a 433,92 MHz, sensibilità
2,24 µV, selettività migliore di 300
KHz): potete usare l’uno o l’altro,
senza distinzione. Entrambi risultano
insensibili all’emissione in VHF a
224,5 MHz dovuta all’oscillatore del
TX-AV, grazie alla buona selettività
che restringe la banda passante in
ingresso a poche centinaia di KHz.
La seconda considerazione riguarda le
antenne: sempre per evitare rientri di
Il nostro sistema è composto da un trasmettitore televisivo operante
sul canale 12 che può essere acceso e spento a distanza mediante un
piccolo trasmettitore codificato del tipo di quelli impiegati negli
apricancelli e negli antifurti per auto. La portata massima del
trasmettitore TV e del radiocomando sono simili: circa 100 metri.
RF ed interferenze, dovendo far coesistere sullo stesso circuito stampato un
trasmettitore ed un ricevitore che, in
determinati momenti, devono funzionare contemporaneamente, abbiamo
posizionato le antenne ai due lati opposti del circuito stampato. La raccomandazione è di non avvicinarle durante
l’uso, ma di orientarle, se possibile,
una da una parte e l’altra nella direzione opposta.
IN PRATICA
Pensiamo adesso a costruire il trasmettitore per il quale è stato previsto un
circuito stampato che potete facilmente
realizzare ricorrendo alla fotoincisione,
e ricavando perciò la pellicola da una
PER IL MATERIALE
Il progetto descritto in queste pagine è disponibile in scatola di
montaggio (cod. FT299) al prezzo di 108.000 lire. Il kit comprende
tutti i componenti, la basetta forata e serigrafata, le minuterie e i
due moduli RF. Non è compreso il telecomando. Per questa applicazione può essere utilizzato un trasmettitore codificato già montato e collaudato come il TX3750/2CSAW (lire 48.000) oppure un
kit come l’FT233K (lire 95.000). Tutti i prezzi sono comprensivi di
IVA. Il materiale va richiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy
96, 20027 Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.
22
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buona fotocopia (su carta da lucido o
acetato) della relativa traccia lato rame
illustrata in queste pagine in scala 1:1.
Incisa e forata la basetta vi potete inserire diodi e resistenze, quindi il trimmer, gli zoccoli per gli integrati, e i due
dip-switch (DS1 da 10 e DS2 da 2 vie):
per DS1 ricordate che il dip 1 va in corrispondenza del piedino 1 dell’U2,
mentre il dip 1 del DS2 deve coincidere con l’11 del predetto integrato. Per il
montaggio fate riferimento al relativo
disegno pubblicato a pagina 20.
Inserite e saldate i condensatori, prestando la dovuta attenzione alla polarità di quelli elettrolitici, quindi sistemate uno ad uno i transistor in contenitore
plastico, orientandoli come mostra il
disegno. Per il mosfet ricordate che la
parte metallica deve essere rivolta ad
R4, R15 ed R16, mentre il regolatore
integrato 7805 va disposto in modo che
il lato scritte stia affacciato al diodo
D1. Montate infine i due modulini ibridi, senza preoccuparvi per il verso perché entrano solo nel modo giusto; a
proposito del ricevitore, consigliamo di
adoperare l’NB-CE superrigenerativo,
ma nulla vi vieta di optare per il modello supereterodina STD-LC. Entrambi
sono adatti, ed il circuito stampato è
disegnato per accogliere indifferentemente l’uno o l’altro: basta saldare i
piedini disponibili. Per agevolare le
Elettronica In - ottobre ‘99
quale ricevitore ?
Dalle prove di laboratorio abbiamo riscontrato che per un corretto funzionamento del radiocomando è necessario utilizzare ricevitori ibridi con una banda passante molto stretta come i modelli STD-LC e NB-CE. Il primo è la versione
low-cost del più noto STD433, modulo in supereterodina quarzato e caratterizzato da un’alta selettività, ottima sensibilità in antenna, e stabilità impeccabile; il secondo è l’NB-CE, ricevitore superrigenerativo a banda stretta assicurata
da un filtro SAW, molto sensibile e rispondente alle norme CE ETS-300-220 riguardo all’emissione di spurie. Altri
modelli quali il semplice RF290A/433 si sono dimostrati troppo influenzabili, poiché una volta acceso il trasmettitore
televisivo la portante irradiata rientra nell’antenna ricevente (purtroppo vicina) saturando gli stadi di ingresso con conseguente abbassamento della sensibilità RF. Il risultato è che, una volta acceso il dispositivo, non si riesce a spegnerlo. Seguite quindi le nostre raccomandazioni e vedrete che tutto andrà bene.
Le caratteristiche di massima dei due moduli sono qui elencate.
Frequenza di ricezione
Impedenza d’antenna
Sensibilità in antenna
Media frequenza
Banda passante
Emissione RF spuria (50 ohm)
Assorbimento tipico
connessioni di alimentazione, quelle
con la telecamera ed il microfonino
electret, montate delle morsettiere per
c.s. a passo 5 mm in corrispondenza
delle rispettive piazzole. Non dimenticate di realizzare l’unico ponticello che
serve, sfruttando un avanzo di terminale tagliato da un componente già saldato. Potete dunque provvedere alle
antenne: per la trasmittente saldate
nella piazzola ANT2 (pin 11 dell’U5)
uno spezzone di filo in rame rigido
lungo 35 centimetri, mentre per il
radiocomando è sufficiente un pezzo di
filo da 18 cm da saldare nella piazzola
ANT1 (piedino 3 dell’ibrido U1).
Quanto all’alimentazione, potete usare
un alimentatore qualunque, da rete,
capace di erogare 12 volt in continua
ed una corrente di almeno 100 milliampère più l’assorbimento della microtelecamera che intendete connettere al
circuito: il positivo collegatelo al +12V
ed il negativo al - (massa).
Naturalmente, se volete, potete optare
per il funzionamento a batteria, e ciò
torna utile nel caso si debba posizionare momentaneamente la videospia in
luoghi dove è difficile utilizzare la rete
220 V: consigliamo perciò un accumulatore da 12 V, 2 A/h. Comunque sia,
per dimensionare la batteria in base alle
vostre esigenze potete considerare che
a riposo (TX televisivo spento) il tutto
Elettronica In - ottobre ‘99
STD-LC
NB-CE
433,92 MHz
50 Ohm
2 µV
500 KHz
100 KHz
-60 dBm
3,5 mA
433,92 MHz
50 Ohm
2,24 µV
——
300 KHz
-60 dBm
3,5 mA
assorbe appena una decina di milliampère: quindi in standby potete contare
su un’autonomia di 100 ore per ogni
A/h di capacità; attivando anche il trasmettitore possiamo vedere a distanza
le immagini per un tempo strettamente
dipendente dall’assorbimento della
telecamera. In pratica, supponendo di
avere una microcamera che richiede
100 milliampère possiamo dire che
l’autonomia in funzionamento ordinario (TX acceso...) è di circa 5 ore ogni
A/h di capacità della batteria.
Regolatevi di conseguenza.
Vediamo ora le ultime fasi della preparazione del dispositivo, per completare
il quale basta connettere una capsula
electret preamplificata ai relativi morsetti (il negativo, cioè l’elettrodo con-
nesso all’involucro del microfono, va
alla piazzola contrassegnata dal simbolo di massa) quindi non resta che la
telecamera. Allo scopo consigliamo di
usare una piccola CCD o, per particolari applicazioni, una CMOS: entrambi i
modelli hanno solitamente tre fili, di
cui il positivo va al morsetto + della
morsettiera tripolare, il negativo si connette al contatto col simbolo di massa,
ed il segnale va ad IN. Chiaramente
dovete accertarvi che la vostra telecamera funzioni a 12 volt c.c.
IL COLLAUDO
Per provare subito il circuito basta alimentarlo nei modi spiegati poc'anzi
(alimentatore o batteria a 12 V) quindi,
Disponete i 10 dip di DS1 in
modo tale che corrispondano
a quelli impostati nel
telecomando; DS2 seleziona
gli ultimi due bit della
codifica che normalmente,
nei trasmettitori, vengono
controllati dai pulsanti. Nel
caso di telecomando
monocanale impostate DS2
con entrambi i dip chiusi.
23
Ai morsetti MIC va collegata
una piccola capsula microfonica
preamplificata mentre
all’ingresso video va collegata
una telecamera B/N o colore.
procurato un minitrasmettitore UHF
per radiocomandi a 433,92 MHz con
codifica MM53200/UM86409, aprirlo
24
e disporre i suoi dip-switch analogamente a quelli di DS1: badate che solitamente i TX tascabili hanno soltanto
10 microswitch, perché è possibile settare solamente i primi 10 bit, dato che
gli ultimi 2 sono gestiti direttamente
dai pulsanti per ottenere dispositivi
monocanale, bicanale e quadricanale.
Dunque, disponete nello stesso modo i
10 dip e quelli del DS1, mentre per
DS2 provate a lasciare entrambi i dip
chiusi: ciò dovrebbe andare d’accordo
con il TX monocanale (CH1=00).
Accendete un televisore posto nelle
vicinanze (nella stessa stanza, così da
vederlo...) e sintonizzatevi sul canale
12: intanto attivate il trasmettitore TV
col radiocomando, ovvero premendo e
rilasciando subito dopo il pulsante del
trasmettitore palmare. Ad un certo
punto dovreste vedere nello schermo le
immagini riprese dalla telecamera e
sentire nell’altoparlante i suoni e le
voci captate dal microfono (a proposito: tenete il volume basso, altrimenti si
cade nel Larsen): se avete la scala graduata in banda III la ricezione deve
avvenire in corrispondenza del canale
H2, mentre per i televisori con la
numerazione da 0 a 100 il canale è 12.
Se non ricevete nulla provate a ripremere e rilasciare il tasto del radiocomando. Diversamente ricontrollate
l’impostazione del DS1 e dei dip all’interno del TX; poi provate le quattro
combinazioni del DS2, fino a trovare
quella che attivi la videospia e porti
sullo schermo le immagini riprese nell’ambiente. Quando riuscite ad agganciare il segnale e a vedere bene il video,
regolate il trimmer R9 in modo da sentire l’audio al livello giusto, abbastanza
forte e chiaro senza arrivare alla distorsione, nel farlo evitate di alzare troppo
il volume (anche quello della TV...)
altrimenti è facile che tutto vada in
risonanza, con un risultato davvero
sgradevole ai timpani... Una volta fatte
tutte le prove del caso pensate alla
sistemazione dello stampato, che sta
all’interno di un contenitore Teko
Coffer 2. Le antenne lasciatele all’esterno, possibilmente distanti l’una dall’altra per limitare l’interferenza della
trasmittente sullo stadio ricevente. Per
questa applicazione è possibile utilizzare delle antenne “fatte in casa” con
degli spezzoni di filo rigido (noi utilizziamo spesso del filo di rame smaltato
solitamente impiegato per avvolgere i
trasformatori). Il diametro del filo può
essere compreso tra 0,8 e 1,2 mm.
Elettronica In - ottobre ‘99
CORSO PER MICRO SCENIX
Corso di programmazione
per microcontrollori Scenix SX
Sono sicuramente i più veloci microcontrollori ad 8 bit al mondo (50 MIPS),
sono compatibili con i PIC e quindi possono sfruttare una vasta e completa
libreria di programmi già collaudati, implementano una memoria programma FLASH ed una innovativa struttura di emulazione. Impariamo dunque a
programmarli e a sfruttarne tutte le potenzialità. Undicesima puntata.
di Roberto Nogarotto
E
ccoci giunti al consueto appuntamento con il
nostro Corso sui microcontrollori Scenix SX.
Questa puntata sarà focalizzata sulla gestione di
due output visivi; vedremo come utilizzare un classico display a sette segmenti e come pilotare i più
complessi CDL4161 o CDL4162 cioè display LCD
a una o due righe. L’hardware di riferimento è,
come nelle puntate precedenti, la demoboard presentata nella settima puntata (Elettronica In n. 49).
Ovviamente, perché tutto vada per il verso giusto
occorre che nelle vostre schede riportiate tale e
quale la porzione di hardware interessata. Ad esem-
Elettronica In - ottobre ‘99
pio per controllare il display a led a 7 segmenti utilizzando il programma demo_6 che andiamo a
descrivere, è necessario che il circuito che costruirete rispetti la sezione di demoboard interessata,
ovvero che impieghi le linee RC.4÷RC.7, il driver
CD4511 e il display, il tutto come fosse un pezzo
staccato dalla nostra scheda demo; potrete scegliere se lasciare fisso a livello alto il piedino 4 del driver (/blanking) o gestirlo con un altro tra i pin
disponibili. Chiarito questo concetto possiamo analizzare la gestione del tipico display a 7 segmenti a
catodo comune, tipo FND560 o CQY91. Come
27
mov
!rc,#%00001111
definisce infatti le linee rc.0 ... rc.3 come ingressi e le
linee rc.4 ... rc.7 come uscite.
Il programma vero e proprio è molto semplice: in pratica si utilizzano due registri, che abbiamo chiamato temp
e cifra. Il primo di essi (temp) viene di volta in volta
incrementato dall'istruzione inc temp; subito dopo viene
eseguito un controllo dall'istruzione:
csb
temp,#10
Infatti, quest’ultima compara il valore di temp con il
numero 10: se è minore di 10 viene saltata l'istruzione
successiva, che altrimenti viene eseguita. In pratica, fintanto che temp vale 0, 1 ... 9 l'istruzione successiva non
viene eseguita, ed il programma prosegue normalmente.
Quando temp vale 10, viene invece considerata ed eseguita l'istruzione successiva, che è una istruzione di salto
a start0, dove sia temp che cifra vengono posti a 0 (istruzione clr) facendo quindi ricominciare il conteggio.
Fintantoché il valore all'interno del registro temp non ha
raggiunto 10, il programma non fa altro che copiare il
vedete, nella demoboard è stata previsto un display per
la visualizzazione dei numeri da 0 a 9, pilotato da un
integrato CD4511 che effettua la conversione da BCD a
7 segmenti.
Gli ingressi di questo integrato - siglati A, B, C e D sono collegati alle linee RC.4÷RC.7 del micro SX, e
vengono gestiti adeguatamente dal software presentato
in queste pagine (a cui abbiamo assegnato il nome
demo_6). Ricordate che affinché il 4511 sia abilitato è
necessario disinserire il jumper J5 presente sulla demoboard, ovvero mantenere, tramite la resistenza di pull-up
R37, il pin 4 ad 1 logico.
Vediamo subito il listato del nostro programma: per
quanto riguarda l’inizializzazione del micro, non vi sono
particolari osservazioni, se non che la parte più interes28
suo contenuto nell'altro registro (cifra) nel quale vengono successivamente scambiati, con l'istruzione SWAP, i
quattro bit inferiori con i quattro bit superiori.
Questa operazione è necessaria perché il CD4511 è collegato alle linee RC.4, RC.5, RC.6 ed RC.7 del micro:
infatti i numeri relativi allo stato della cella temp sono
nei quattro bit di peso inferiore (ovviamente il conteggio
parte dal basso...) ed occorre perciò che siano trasferiti
nei 4 superiori per inviarli ai pin RC.4÷RC.7.
Una volta effettuata questa operazione il programma
torna a start, dove vediamo che il valore di cifra viene
riportato sulla porta RC (istruzione mov rc,cifra).
Poiché tutte queste operazioni sono eseguite molto velocemente dal micro è stato necessario introdurre la solita
routine di ritardo, piuttosto lunga, che parte dalla label
Elettronica In - ottobre ‘99
CORSO PER MICRO SCENIX
sante è quella relativa alla configurazione della porta
RC. In particolare, l'istruzione:
CORSO PER MICRO SCENIX
delay e termina in corrispondenza dell’istruzione di
decremento djnz conta3,delay0.
IL CONTROLLO
DEI DISPLAY LCD
Lasciamo la semplice gestione del display a led e passiamo ad una applicazione decisamente più "sostanziosa".
Abbiamo già detto che la demoboard dispone di linee di
comando per un display LCD standard, ed ecco perciò
sono quelli da noi più usati, disponiamo di 11 linee per
la comunicazione con il microcontrollore, più alcune
altre linee relative all'alimentazione, alla regolazione del
contrasto e della retroilluminazione (a led). Delle 11
linee per la comunicazione, 8 sono relative ai dati veri e
propri, e sono siglate DB0 ... DB7.
Le altre tre sono: R/W attraverso la quale è possibile
scrivere o leggere dal display; RS, necessaria per comunicare al display se stiamo inviando dei comandi o dei
dati da visualizzare, e infine la linea E, utilizzata come
linea di abilitazione dal micro al display.
programma demo_6
conta1
conta2
conta3
temp
cifra
reset_entry
start0
start
device
device
id
reset
org
ds
ds
ds
ds
ds
pins28,pages1,banks8,oschs
turbo,stackx,optionx
'SX Demo'
reset_entry
8
1
1
1
1
1
mov
mov
ra,#%0000
!ra,#%1111
mov
mov
rb,#%00000000 ;init rb
!rb,#%00000000
clr
mov
mov
mov
mov
clr
clr
rc
;init rc
!rc,#%00001111
m,#$D ;set cmos input levels
!rc,#0
m,#$F
temp
cifra
mov
rc,cifra
;init ra
delay
mov
mov
mov
delay0 nop
djnz
mov
djnz
mov
mov
djnz
ret
;poni cifra in uscita sa rc
che qui di seguito vi spieghiamo come fare per usare
insieme i due apparati sfruttando un software ad hoc.
Il display LCD è uno dei dispositivi sicuramente più
comodi ed utilizzati in elettronica, in svariati apparati
anche portatili: il basso assorbimento e la facilità nel
visualizzare scritte e numeri lo rende l'ideale per il
comando da microprocessore o microcontrollore.
I componenti disponibili in commercio possono essere
divisi in due categorie, delle quali ci interessa soltanto
quella dei display intelligenti, cosiddetti perché hanno
già a bordo una serie di dispositivi elettronici (logica di
interfaccia ed indirizzamento) che semplificano di molto
la comunicazione con l'LCD vero e proprio.
Nel caso dei Clover CDL4161 e CDL4162 (1 riga x 16
caratteri il primo, e 2 righe x 16 caratteri il secondo) che
Elettronica In - ottobre ‘99
call
inc
csb
jmp
mov
swap
jmp
delay
temp
temp,#10
start0
cifra,temp
cifra
start
;temp a 10 ?
;sì , vai a start0
;cifra in temp
;Scambia nibble
;torna a start
conta1,#255
conta2,#255
conta3,#50
conta1,delay0
conta1,#255
conta2,delay0
conta1,#255
conta2,#255
conta3,delay0
In questo box riportiamo il listato di test
della sezione display a LED. Il listato va
digitato a computer, assemblato e trasferito,
tramite lo Skeleton Key, nel micro SX28
implementato nella demoboard.
Come vedremo, ogni volta che si invia un dato o un
comando al display occorre dare un impulso su questa
linea perché lo acquisisca.
Se date uno sguardo allo schema della nostra demoboard, le linee dati sono collegate direttamente alla porta
RB, mentre RS ed E sono connesse rispettivamente a
RC.6 ed RC.7. Notate che la linea R/W viene tenuta a
massa in quanto effettueremo solo operazioni di scrittura, senza chiedere o considerare informazioni in arrivo
dal display.
Per poter utilizzare correttamente il display, prima di
inviare i dati veri e propri è necessario provvedere all'inizializzazione, inviando i necessari comandi.
Vediamo dunque un semplice programma che ci permette di visualizzare una scritta sulle due righe del display,
29
device
device
id
reset
pins28,pages1,banks8,oschs
stackx,optionx,turbo
'LCD'
reset_entry
lcd_RS
lcd_E
= rc.6
= rc.7
;Routine di scrittura
lcd_write_command
org 8
conta1
conta2
ds 1
ds 1
clrb
lcd_RS
jmp
lcd_write
;Pins
;RS = 0
;comando
lcd_write_data
;Variables
setb
lcd_RS
;RS = 1
;comando
;Routine di inizializzazione LCD
mov
rb,W
;rb = dato
;
da scrivere
lcd_init
call
setb
mov
call
clrb
mov
call
ret
delay
lcd_E
W,#50
delay
lcd_E
W,#50
delay
org 0
mov
call
mov
call
mov
call
mov
mov
mov
mov
mov
call
mov
call
clr
call
mov
call
mov
call
W,#250
delay
W,#250
delay
W,#250
delay
W,#00
rc,W
!rc,W
;porta rc di uscita
!rb,W
;porta rb di uscita
W,#00111000b
lcd_write_command ;Init. lunghezza dei
;dati, numero di
;linee e tipo di caratteri
W,#250
delay
W
lcd_write_command ;Display off
W,#250
delay
W,#00001100b
lcd_write_command ;Display on, cursore off,
;blinking off
W,#250
delay
W,#00010000b
lcd_write_command ;Shift del cursore
W,#250
delay
W,#00000110b
lcd_write_command ;Incremento dell'indirizzo
W,#250
delay
mov
call
mov
call
mov
call
mov
call
mov
call
ret
;Fine routine di inizializzazione
che in questo caso è un Clover CDL4162 o similare; il
listato di queste pagine definisce meglio il tutto. Questo
programma (demo_7) è costituito da una routine di inizializzazione e da due routine di scrittura, siglate
lcd_write_command quella per inviare dei comandi, ed
lcd_write_data quella che serve a scrivere dei dati sul
30
lcd_write
;E = 1
;E = 0
;Fine routine di scrittura
;Routine di ritardo
;Durata : 25 uS * w
delay
delay0
mov
mov
nop
djnz
mov
djnz
ret
reset_entry
call
mov
call
conta2,w ;Carica conta2
conta1,#250
conta1,delay0
conta1,#250
conta2,delay0
lcd_init
W,#01
lcd_write_command
;display
mov
call
W,#50
delay
;Scrivi prima riga
mov
call
W,#080h
lcd_write_command
display. La "routine di inizializzazione", seguente a quella di impostazione dello Scenix, prevede l'invio di una
serie di comandi necessari per definire il numero di righe
del display stesso, la quantità di linee utilizzate per la
comunicazione con il micro, il modo di funzionamento
del cursore e così via. Questi comandi sono comuni per
Elettronica In - ottobre ‘99
CORSO PER MICRO SCENIX
programma demo_7 per la gestione del display LCD
CORSO PER MICRO SCENIX
mov
call
w,#50
delay
mov
call
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'E'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'I'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'L'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'C'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'E'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'A'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'T'
lcd_write_data
W,#50
delay
;Passa alla seconda riga
mov
call
mov
call
W,#'T'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'R'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'O'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
W,#'N'
lcd_write_data
mov
call
mov
call
W,#0C0h
lcd_write_command
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'I'
lcd_write_data
W,#50
delay
mov
call
mov
call
W,#'N'
lcd_write_data
W,#50
delay
il display LCD
CDL4162
main1
nop
jmp
main1
In questo box riportiamo un semplice programma che ci permette di visualizzare una scritta
sulle due righe del display LCD. Questo programma è sostanzialmente costituito da una
routine di inizializzazione e da due routine di
scrittura, siglate lcd_write_command quella per
inviare dei comandi, ed lcd_write_data quella
che serve a scrivere dei dati sul display. La routine di inizializzazione, seguente a quella di impostazione dello Scenix, prevede l'invio di una serie
di comandi necessari per definire il numero di
righe del display stesso e la quantità di linee utilizzate per la comunicazione con il micro.
Il display LCD è uno dei dispositivi sicuramente
più comodi ed utilizzati in elettronica. Per la
nostra applicazione abbiamo utilizzato un Clover
CDL4162 (2 righe x 16 caratteri) interfacciato al
micro tramite 11 linee di I/O. Di queste linee di
comunicazione, 8 sono relative ai dati veri e
propri, e sono siglate DB0 ... DB7. Le altre tre
sono: R/W attraverso la quale è possibile scrivere
o leggere dal display; RS, necessaria per
discriminare i comandi dai dati da visualizzare, e
infine la linea E, utilizzata come
linea di abilitazione.
tutti i tipi di display intelligente, e possono essere ricavati facilmente da qualunque data sheet fornito dal
costruttore. Le due routine di scrittura dati e comandi
sono praticamente identiche, salvo il fatto che la linea
RS viene posta a 0 o ad 1 logico a seconda che si scrivano comandi o dati. Il dato, che viene passato alla rou-
tine attraverso il registro W, è presentato sulla porta rb ;
successivamente la linea di Enable (E) è forzata prima
ad 1 logico e successivamente a zero. Notate che Enable
comunica fisicamente al display di acquisire il dato che
si trova presente, al momento, sulle linee DB0 ÷ DB7. Il
programma presentato in queste pagine non fa altro che
Elettronica In - ottobre ‘99
31
CORSO PER MICRO SCENIX
La demoboard per i micro
SX è stata sviluppata
intorno al micro a
28 piedini che, lo
ricordiamo, dispone di tre
porte, denominate
Ra, Rb ed Rc, di cui
le ultime due sono
costituite da 8 bit
mentre la Ra è
costituita da soli 4 bit.
Alcune linee di queste
porte vengono
utilizzate per pilotare
differenti periferiche,
in modo da poter testare
diversi programmi
senza dover ricorrere a
diverse schede.
Per selezionare il
tipo di periferica che
si desidera utilizzare,
sono presenti
dei jumper sulla scheda
che permettono di
configurare la demoboard
in base al tipo
di periferica che interessa.
passare in sequenza le varie lettere che vogliamo visualizzare sul display, per poi richiamare la routine di scrittura necessaria ad eseguire praticamente la visualizzazione dei relativi byte.
Terminata la scrittura della prima riga viene inviato un
comando che dica al display di passare a scrivere nella
seconda, e quindi procedere a visualizzare le lettere,
appunto, in questa. Ultimata la visualizzazione delle
scritte, il programma entra in un loop in cui esegue l’i-
struzione nop (nessuna operazione).
E' da notare che, poiché i display sono dispositivi abbastanza lenti, è stato necessario introdurre fra le varie operazioni di scrittura delle routine di ritardo (delay) a noi
ormai già note, quindi facilmente identificabili nel listato, in modo da adattare la velocità del micro facendolo
rallentare di quanto serve; ovviamente può essere necessario cambiare i tempi di ritardo in funzione del tipo di
display e del quarzo abbinato al utilizzato.
DOVE ACQUISTARE L’EMULATORE
Il sistema di sviluppo SX comprende il modulo in SMT
di emulazione (Skeleton Key) completo di connettore per
i piedini Vss, Vdd, OSC1 e OSC2, di micro e di cavo con
connettore DB9 per il collegamento alla seriale del PC;
un manuale in lingua inglese: "SX-Key Development
System"; un dischetto con tutto il software necessario:
assembler, programmatore, emulatore e debugger. Il
sistema richiede un personal computer IBM o compatibile dotato di porta seriale, di driver floppy da 3,5" e di
sistema operativo Windows 95. L'emulatore (cod.
Starter Kit SX) costa 520.000 lire ed reperibile presso la
ditta: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027
Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.
32
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331-799775 Fax. 0331-792287 http://www.futurashop.it
Elettronica In - ottobre ‘99
STRUMENTI
VISUALIZZATORE
DTMF CON LCD
Collegato ad una linea telefonica o all'uscita per altoparlante di un RTX
radio, permette di vedere su un display a cristalli liquidi le
sequenze di numeri che rappresentano i relativi bitoni decodificati.
Ideale in laboratorio e per verificare i numeri composti
da telefoni, fax e combinatori DTMF.
di Andrea Lettieri
G
li impianti e le centrali telefoniche moderne funzionano praticamente tutte in DTMF, selezionando ed accettando i numeri da chiamare sotto
forma di sequenze di segnali in multifrequenza; dunque, chi ripara o collauda
apparecchiature che utilizzano le
linee telefoniche deve necessariamente disporre di
uno strumento da
laboratorio utile
a visualizzare i
bitoni e quindi idoneo a verificare il buon
funzionamento di tastiere,
combinatori, ecc. Già qualche tempo fa abbiamo proposto
qualcosa del genere, ma oggi torniamo sull'argomento presentando un ottimo tester/visualizzatore DTMF provvisto
di display a cristalli liquidi da 1 riga per 16
caratteri, interamente gestito da un microcontrollore dedicato. Il tutto è piccolo e compatto, ed una
volta montato può stare all'interno di qualsiasi contenitore plastico o metallico, portatile o da banco, adatto
quindi all’utilizzo durante le prove di laboratorio o in
Elettronica In - ottobre ‘99
caso di interventi esterni (può essere alimentato anche
a pile). Un apposito ingresso permette di collegarsi
all'uscita dei telecomandi DTMF utilizzati per gestire
telecontrolli telefonici, segreterie, nonché combinatori.
Il dispositivo può essere collegato direttamente alla
linea telefonica, ovvero l’ingresso del
dispositivo connesso in parallelo ai
due fili di una linea telefonica: tuttavia in questo caso sarebbe meglio
prevedere un minimo di protezione (ad esempio due diodi in
antiparallelo posti ai
capi del trimmer
R8). Eventualmente
è possibile fare le
verifiche
su
telefoni e simili
semplicemente alimentandoli con 12÷24 volt, e
ponendo in serie una resistenza
da 680÷1000 ohm: in questo caso l'ingresso del visualizzatore va applicato esattamente in parallelo all'apparecchio da testare,
ovvero a valle della resistenza di caduta. Questi sono
comunque dettagli che possiamo esaminare più avanti,
35
schema
elettrico
dopo aver descritto la costruzione del
dispositivo. Adesso ci interessa di più
sapere come è fatto e come funziona;
allo scopo andiamo subito ad esaminarne lo schema elettrico, che può essere
scomposto in 3 blocchi principali: un
identificatore DTMF, un microcontrollore, ed un visualizzatore intelligente a
cristalli liquidi.
Dai punti IN BF il circuito rileva i
segnali in multifrequenza dalla linea
telefonica, tramite il condensatore C8;
il trimmer R8 permette di regolare il
livello delle note DTMF che raggiungono lo stadio di input del riconoscitore integrato U3, il noto G8870, evitandone la saturazione. L’integrato U3
lavora nella tipica configurazione consigliata dalla casa, e già collaudata in
questi anni in numerosi progetti: la
sezione BF (un operazionale invertente...) impiega la resistenza R6 per la
retroazione e la R7 in ingresso, assicurando perciò guadagno unitario. Il
quarzo stabilizza la frequenza dell'oscillatore a 3,579545 MHz.
Ogni volta che all'IN BF si presenta
una nota DTMF valida, l'U3 la identifica e produce sul bus-dati formato dai
36
piedini 11 (Q1) 12 (Q2) 13 (Q3) e 14
(Q4) il corrispondente valore in forma
binaria: allo scopo gestisce il Q1 come
bit meno significativo (LSB) ed il Q4
come bit di peso maggiore (MSB). Per
fare un esempio, il 10 in DTMF viene
presentato sul bus come 10 binario,
ovvero 1010 (la cifra di sinistra è Q4,
quella più a destra è Q1) mentre la lettera D, che vale 16 in decimale, è proposta come 0000. Insomma, i numeri
della classica tastiera del telefono, cioè
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, corrispondo-
no ai rispettivi valori binari (il tasto 0
equivale a 10 in decimale). *, #, A, B,
C e D, sono invece espressi come 11,
12, 13, 14, 15 e 0 decimali.
Per sua natura l’8870 lascia sul bus di
uscita la combinazione di bit relativa
all’ultimo bitono DTMF identificato:
per questo motivo se arrivano due note
identiche (cioè, ad esempio due 4 in
sequenza) i quattro bit restano inalterati. Ciò che provvede comunque a
segnalarne l’arrivo è il piedino 15
(STD) il quale dà sempre un impulso
traccia
rame in
dimensioni
reali
Elettronica In - ottobre ‘99
piano di montaggio
COMPONENTI
R1: 120 Ohm
R2: 4,7 KOhm
R3: 10 KOhm
R4: 10 KOhm
trimmer M.O.
R5: 330 KOhm
R6: 100 KOhm
R7: 100 KOhm
R8: 47 KOhm
trimmer M.O.
C1: 100 µF 50VL
C2: 100 nF multistrato
C3: 100 µF 16VL
elettrolitico
C4: 22 pF ceramico
C5: 22 pF ceramico
C6: 100 nF multistrato
C7: 100 nF multistrato
C8: 100 nF multistrato
D1: Diodo 1N4007
Q1: Quarzo 4 Mhz
Q2: Quarzo 3,58 Mhz
U1: 7805 regolatore
U2: PIC 16C84 04/P
(MF294)
U3: 8870
P1: Pulsante NA
DIS1: Diplay LCD
16 caratteri
Varie:
- zoccolo 9+9 (2 pz );
- pin strip 16 poli;
- presa RCA da pannello;
- plug di alimentazione
da pannello;
- morsetto 2 poli (3 pz );
- contenitore plastico
Teko coffer 2
- stampato cod. L041.
(Le resistenze sono
da 1/4 watt con
tolleranza al 5%)
ad 1 logico in corrispondenza di ogni
nota: quindi il dispositivo usato per
leggere il buffer di uscita del chip sa
comunque discernere anche due cifre
DTMF uguali e prelevate in sequenza.
I bit Q1, Q2, Q3, Q4, ed il segnale STD
sono le linee che il microcontrollore
sfrutta per leggere ciò che l’8870 rileva
dal canale di ingresso BF: in particolare, il suo software sa che deve acquisire ed elaborare le informazioni su 4 bit
passate da Q1, Q2, Q3 e Q4, solamente dopo la transizione 0/1 logico del pin
Elettronica In - ottobre ‘99
15, ovvero che deve ignorare quanto
avviene dopo il ritorno a zero logico
dell’STD. Così si è certi che vengano
identificate anche più cifre uguali in
successione.
Il micro in questione è il classico
PIC16C84 programmato in modo da
svolgere le seguenti funzioni: la prima
(appena descritta) consiste nell’acquisire i dati forniti dal decoder DTMF
prendendo come “start” l’impulso di
Steering (STD) dell’8870; la seconda
consente di trasformare i 4 bit del bus
in segnali compatibili con il display
intelligente. La terza riguarda effettivamente il comando dell’LCD e l’aggiornamento o reset del suo buffer di
memoria (che contiene al massimo 40
caratteri).
Dato per scontato che abbiate compreso la prima fase, durante la quale vengono letti e mantenuti in memoria i
dati relativi ai bitoni che si presentano
all’IN BF, vediamo come si svolge la
gestione del display. Una routine provvede a leggere la presenza del segnale
37
‘***************************************
‘*** VISUALIZZATORE DTMF CON LCD ***
‘*** 10/06/1999
MF294
REV 1.0 ***
‘*** (C) FUTURA ELETTRONICA - MI ***
‘***************************************
DATOIN
OLDPORTB
CONTATONI
VAR
VAR
VAR
START:
PAUSE 250
LCDOUT $FE,1
DEFINE LCD_LINES 1
BYTE
BYTE
BYTE
‘Inizializza display
PAUSE 250
LCDOUT $FE,$0C
CONTATONI = 0
OPTION_REG = OPTION_REG & %01111111
PAUSE 100
LCDOUT “ DECODER DTMF “
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
PAUSE 250
LCDOUT $FE,1
Input Portb.2
Input Portb.4
MAIN:
If Portb.2 = 1 then MAIN1
LCDOUT $FE,1
CONTATONI = 0
MAIN1: If Portb.0 = 0 then MAIN
‘Ricevuto un dato
DATOIN = Portb
DATOIN = DATOIN >> 4
DATOIN = DATOIN & %00001111
‘Bisogna shiftare il display ?
IF CONTATONI < 16 THEN MAIN2
‘Si
LCDOUT $FE,%00011000
CONTATONI = 16
CONTATONI = CONTATONI +1
‘Aspetta che torni a 0
MAIN3: If Portb.0 = 1 then MAIN3
MAIN2:
IF DATOIN = 0 THEN
LCDOUT “D”
GOTO
di STD e lo stato del bus di uscita del
decoder DTMF, confrontandolo con
quello disponibile in memoria. Una
seconda ruotine sfrutta il comando
LCDOUT per inviare le relative informazioni al display intelligente, in un
formato compatibile con quello del
tipico chipset (solitamente Hitachi
44780) impiegato nei modelli dal 16x1
al 40x4. Vediamo ora l’ultimo blocco,
cioè quello che permette la gestione del
display LCD: come accennato, la
rispettiva routine sfrutta il comando
38
ENDIF
IF DATOIN = 1 THEN
LCDOUT “1”
ENDIF
IF DATOIN = 2 THEN
LCDOUT “2”
ENDIF
IF DATOIN = 3 THEN
LCDOUT “3”
ENDIF
IF DATOIN = 4 THEN
LCDOUT “4”
ENDIF
IF DATOIN = 5 THEN
LCDOUT “5”
ENDIF
IF DATOIN = 6 THEN
LCDOUT “6”
ENDIF
IF DATOIN = 7 THEN
LCDOUT “7”
ENDIF
IF DATOIN = 8 THEN
LCDOUT “8”
ENDIF
IF DATOIN = 9 THEN
LCDOUT “9”
ENDIF
IF DATOIN = 10 THEN
LCDOUT “0”
ENDIF
IF DATOIN = 11 THEN
LCDOUT “#”
ENDIF
IF DATOIN = 12 THEN
LCDOUT “*”
ENDIF
IF DATOIN = 13 THEN
LCDOUT “A”
ENDIF
IF DATOIN = 14 THEN
LCDOUT “B”
ENDIF
IF DATOIN = 15 THEN
LCDOUT “C”
ENDIF
MAIN
LCDOUT del PicBasic Compiler per
ottenere, mediante gli opportuni parametri, le istruzioni di controllo del display e la visualizzazione dei caratteri
ricevuti, decifrati e convertiti di volta
in volta.
Le istruzioni di controllo sono quelle
che consentono ad esempio lo spostamento del cursore, l’azzeramento del
display (e del buffer di memoria) la
sottolineatura di una o più cifre, e via di
seguito. A titolo d’esempio possiamo
dire che il comando $FE, 1 azzera il
display, $FE, 2 manda a capo il cursore, e $FE, $0C spegne il cursore.
L’interfaccia microcontrollore/LCD è
realizzata con 4 fili per i dati (pin 13,
14, 15, 16 del DIS1) su cui giungono,
multiplexate, le word di 8 bit contenenti comandi e caratteri: ovviamente il
display è impostato nella modalità a 1
linea.
Il piedino 6 (3 del micro) è l’ RS, cioè
la linea che permette di sapere se i dati
presenti sul bus di 4 fili sono istruzioni
(RS=1 logico) oppure caratteri da
visualizzare (RS=0) ed è ovviamente
gestito dal microcontrollore. R/W
(read/write) ovvero il 7, è fisso a livello basso, quindi il display è sempre in
scrittura. Il pin 8, Enable, è normalmente a livello basso e passa ad 1 quando il micro manda dati relativi sia ad
istruzioni che a caratteri.
Riassumendo possiamo così descrivere
il funzionamento di tutto il circuito:
all’accensione il PIC inizializza i propri I/O, quindi invia al display l’istru-
PER IL MATERIALE
Il materiale utilizzato per
realizzare il nostro visualizzatore è facilmente reperibile
presso qualsiasi rivenditore
di componentistica elettronica ad eccezione del microcontrollore programmato (cod.
MF294, lire 20.000) e del display LCD da 16 caratteri
(cod. CDL4161, lire 32.000),
disponibili presso la ditta:
Futura Elettronica tel. 0331
576139, fax 0331 578200.
zione di Clear (contemporaneamente
dà un impulso positivo su RS) cancellando ogni dato che si trovi nel buffer;
poi si dispone ad attendere una transizione 0/1 sul piedino STD dell’8870
(U3). Quando all’IN BF giunge un
bitono, il microcontrollore preleva dal
decoder i 4 bit che lo rappresentano,
senza verificare se sono variati o meno
rispetto al precedente bitono; poi
manda il rispettivo carattere al display,
ponendo per un istante a zero logico
RS. DIS1 visualizza la cifra. Così si
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331-799775 Fax. 0331-792287 http://www.futurashop.it
Elettronica In - ottobre ‘99
Terminato il montaggio della
basetta occorre realizzare i
collegamenti verso il display
LCD (Clover CDL4161 o
similare ad 1 riga x 16
caratteri). Allo scopo usate
una fila di 16 punte a passo
2,54 mm piegate a 90°, da
stagnare dopo averle infilate
nei suoi rispettivi fori ed in
quelli previsti sul bordo
dello stampato. Potete anche
ricorrere ad un corto spezzone di cavo flessibile,
rispettando sempre la piedinatura riportata nello schema di montaggio: collegate
il flat-cable in modo che la
piazzola 1 della basetta
coincida con il pin 1 del display. Per
agevolare le connessioni d’ingresso BF e
di alimentazione (Val) prevedete morsettiere bipolari per c.s. a passo 5 mm. IN
BF va collegato con due cavetti ai punti
dell’apparato di cui si vuole visualizzare
le note DTMF, mentre Val va ad un alimentatore o batteria che fornisca 9÷15
Vcc ed una corrente di circa 150 mA.
procede fino a 16 caratteri, dopodiché
il visualizzatore slitta di una posizione
a sinistra per visualizzare l’ultima cifra
ricevuta perdendo la prima. Siccome il
buffer dei display intelligenti è composto da 40 caratteri per i dispositivi
basati sul chip 44780, possiamo dire
che la visualizzazione è assicurata per
un massimo di 40 caratteri, sebbene si
vedano comunque gli ultimi 16.
Raggiunti i 40 il tutto si blocca ed
occorre premere il pulsante P1 per attivare l’istruzione di Clear Display.
Elettronica In - ottobre ‘99
Sappiate comunque che 16 cifre sono
più che sufficienti per leggere la gran
parte dei codici di chiavi DTMF radio e
telefoniche, nonché per acquisire i
numeri composti da un telefono a
tastiera funzionante in multifrequenza.
L'alimentazione si applica ai punti + e Val: occorrono 9 Vcc che passano dal
diodo D1 e vengono filtrati dall’elettrolitico C1. Il regolatore integrato U1 (il
classico 7805 in TO220...) ricava 5 volt
perfettamente stabilizzati che servono a
far funzionare il decoder DTMF, il dis-
play LCD a 16 caratteri (DIS1) ed il
microcontrollore PIC16C84.
Chiarito anche questo vediamo come
costruire il semplice tester DTMF: si
parte preparando la basetta stampata
per fotoincisione, ricavando allo scopo
la pellicola da una fotocopia della traccia lato rame illustrata in scala 1:1 in
queste pagine.
Inciso e forato lo stampato si montano
dapprima resistenze e diodo (D1) quindi gli zoccoli per gli integrati, i condensatori (attenzione alla polarità di
quelli elettrolitici) ed i trimmer.
Sistemate il quarzo ed il regolatore
integrato U1, che va disposto con la
parte metallica girata verso C1. Il pulsante può prendere posto sul contenitore collegato con due spezzoni di filo
alle morsettiere previste sul circuito
stampato; non dimenticate di realizzare
i ponticelli di interconnessione, necessari a completare il circuito. Per fissare
il display (Clover CDL4161 o similare
ad 1 riga x 16 caratteri) usate una fila di
16 punte a passo 2,54 mm piegate a
90°, da stagnare dopo averle infilate nei
suoi rispettivi fori ed in quelli previsti
sul bordo dello stampato; per la numerazione dei piedini ed il verso degli
integrati U3 (G8870, UM92870) ed U2
(PIC16C84) seguite il piano di montaggio. Per agevolare le connessioni d’ingresso BF e di alimentazione (Val) prevedete morsettiere bipolari per c.s. a
passo 5 mm.
Bene, finito e verificato il montaggio il
dispositivo è pronto all’uso perché non
richiede alcuna taratura: le uniche
regolazioni riguardano la luminosità di
fondo dell’LCD (R4) e la sensibilità
del decoder DTMF 8870 (R8) ma
entrambe conviene farle durante l’uso.
Infatti, soprattutto per R8, può capitare
di dover ritoccare la posizione del cursore in base al tipo di apparato a cui ci
si trova collegati: ad esempio con la
linea telefonica può andar bene un
certo livello che, collegando la scheda
all’uscita di un apparato radio ricetrasmittente porta alla saturazione degli
stadi d’ingresso dell’8870, e viceversa.
Per l’uso, crediamo non vi sia molto da
spiegare: IN BF deve essere collegato,
con due cavetti, ai punti dell’apparato
di cui si vuol visualizzare le note
DTMF, mentre Val ad un alimentatore
o batteria che fornisca 9÷15 Vcc ed una
corrente di circa 150 mA.
39
Multimetri e strumenti di misura
Multimetro digitale RMS a 4 1/2 cifre
Multimetro professionale da
banco con alimentazione a
batter ia/rete,
indicazione digitale e analogica
con scala a 42
segmenti, altezza
digit 18 mm, selezione automatica delle portate,
retroilluminazione e possibilità di connessione ad un
PC. Funzione memoria, precisone ± 0.3%.
DVM645 Euro 196,00
Strumento professionale
con 10 differenti funzioni in 32 portate.
Misurazione RMS delle
componenti alternate.
Ampio display a 4 ½
cifre. È in grado di misurare tensioni continue e
alternate, correnti AC e
DC, resistenza, capacità, frequenza, continuità
elettrica nonchè effettuare test di diodi e transistor. Alimentazione con batteria a 9V. Completo
di guscio di protezione. DVM98 Euro 115,00
Multimetro digitale a 3 1/2 con LC
LC meter digitale a 3 1/2 cifre
Apparecchio digitale a 3½
cifre con eccezionale
rapporto prezzo/prestazioni. 39 gamme di misurazione: tensione e corrente DC,
tensione e corrente AC, resistenza, capacità, induttanza, frequenza, temperatura,
tester TTL. Alimentazione con batteria a 9V.
DVM1090 Euro 64,00
Strumento digitale in
grado di misurare con
estrema precisione
induttanze e capacità.
Display LCD con cifre
alte 21mm, 6 gamme
di misura per capacità,
4 per induttanza.
Autocalibrazione, alimentazione con pila a 9V.
DVM6243 Euro 80,00
Multimetro analogico
Multimetro analogico per
misure di tensioni DC e AC
fino a 1000V, correnti in
continua da 50µA a 10A,
portate resistenza (x1x10K), diodi e transistor
(Ice0, hfe); scala in dB; selezione manuale delle portate; dimensioni: 148 x 100 x
35mm; alimentazione: 9V (batteria inclusa).
AVM360 Euro 14,00
Multimetro digitale a 3 1/2 cifre low cost
Multimetro analogico con guscio giallo
Display con scale colorate.
Per misure di tensioni DC e
AC fino a 500V, corrente in
continua fino a 250mA, e
manopola di taratura per le
misure di resistenza
(x1/x10). Selezione manuale delle portate; dimensioni:
120 x 60 x 30mm; alimentazione: 1,5V AA (batteria compresa). Completo di
batteria e guscio di protezione giallo.
AVM460 Euro 11,00
Luxmetro
digitale
Multimetro digitale in
grado di misurare correnti
fino a 10A DC, tensioni continue e alternate fino a
750V, resistenze fino a 2
Mohm, diodi, transistor.
Alimentazione con batteria
a 9V (inclusa). Dimensioni:
70 x 126 x 26 mm.
DVM830L Euro 4,50
Rilevatore di temperatura
a distanza -20/+270°C
Sistema
ad
infrarossi per
la misura della
temperatura a
distanza.
Possibilità di
visualizzazione
in gradi centigradi o in gradi
Fahrenheit, display LCD con retroilluminazione,
memorizzazione, spegnimento automatico.
Puntatore laser incluso. Alimentazione: 9V (batteria inclusa).
DVM8810 Euro 98,00
Rilevatore di temperatura
a distanza -20/+420°C
Sistema ad infrarossi per la misura della temperatura a distanza.
Possibilità
di
visualizzazione in
°C o °F. Puntatore
laser incluso. Alimentazione: 9V.
DVM8869 Euro 178,00
Termometro IR con lettura a distanza
Possibilità
di
visualizzazione in
°C o °F, display
LCD con retroilluminazione,
memorizzazione,
spegnimento
automatico, puntatore a led. Gamma di temperatura da -20°C a +
270°C. Rapporto distanza/spot: 6/1.
Alimentazione: 2 x 1,5V (2 batterie ministilo
AAA, comprese).
DVM77 Euro 56,00
Multimetro digitale a 3 1/2 cifre con RS232
M u l t i m e t ro
digitale dalle
caratteristiche professionali a 3½ cifre
con
uscita
RS232, memorizzazione dei dati e display retroilluminato. Misura
tensioni in AC e DC, correnti in AC e DC, resistenze,
capacità e temperature. Alimentazione con batteria a
9V. Completo di guscio di protezione.
DVM345 Euro 72,00
Multimetro con pinza amperometrica
Dispositivo digitale con
pinza amperometrica.
Display digitale a 3200
conteggi con scala analogica a 33 segmenti.
Altezza digit 15 mm,
funzione di memoria. È
in grado di misurare
correnti fino a 1.000 A.
Massimo diametro cavo misurazione: Ø 50 mm
Misura anche tensione, resistenza e frequenza.
Funzione continuità e tester per diodi. Dotato di
retroilluminazione. Alimentazione con batteria a 9V.
DCM268 Euro 118,00
Multimetro miniatura con pinza
Pinza amperometrica con multimetro digitale con
display LCD retroilluminato da 3 2/3
cifre a 2400 conteggi. Memorizzazione
dei dati, protezione contro i sovraccarichi, autospegnimento e indicatore di batteria scarica. Misura tensioni/correnti alternate e continue 0-200A e frequenza 40Hz-1kHz; apertura pinza: 18mm (0.7");
torcia incorporata. Alimentazione con 2 batterie tipo
AAA 1,5V. Viene fornito con custodia in plastica.
DCM269 Euro 86,00
Strumento per la misura dell’illuminazione con indicazione digitale da
0.01lux a 50000lux tramite display a 3 1/2 cifre. Funzionamento a batterie,
indicazione di batteria scarica, indicazione di fuoriscala. Sonda con cavo della
lunghezza di circa 1 metro. Alimentazione: 1 x 9V (batteria inclusa).
Completo di custodia.
DVM1300 Euro 48,00
Multimetro digitale a 3 1/2
cifre low cost
Multimetro digitale in grado di misurare
correnti fino a 10A DC, tensioni continue
e alternate fino a 750V, resistenze fino a 2
Mohm, diodi, transistor. Alimentazione
con batteria a 9V (inclusa).
DVM830 Euro 8,00
Termometro digitale
da pannello
Termometro con doppio
ingresso e sensore
a termocoppia
Strumento professionale a 3
1/2 cifre per la
misura di temperature da 50°C a 1300°C
munito di due
distinti ingressi. Indicazione in °C o °F,
memoria, memoria del valore massimo,
funzionamento con termocoppia tipo K.
Lo strumento viene fornito con due termocoppie. Alimentazione: 1 x 9V.
Termometro digitale
da pannello con sensore via cavo lungo
1,5 metri. Facile da
installare, con ampio
display e completo
di contenitore in
ABS. Intervallo di
misurazione della temperatura: -50°C ~ +70°C;
tolleranza: 1°C; dimensione display: 12 x
6.5mm; lunghezza sensore via cavo: 1,5 metri;
dimensioni: 47 x 26 x 13mm; alimentazione: 1
x LR44 (batteria a bottone inclusa).
DVM1322 Euro 69,00
Termometro digitale interno / esterno
Termometro digitale con indicazione contemporanea della temperatura interna e esterna in °C o°F.
Ideale per controllare la temperatura di frigoriferi, freezer, ma
anche per misurare la temperatura
ambiente. Montaggio a muro o su
supporto.
Doppio con sensore per temperatura
esterna a tenuta stagna; display di facile lettura; allarme; memoria di minima e massima; gamma temperatura interna: -10°C / +50°C (+14°F / +122°F); gamma
temperatura esterna: -50°C / +70°C (-58°F / +158°F);
dimensioni termometro: 110 x 70 x 20mm; alimentazione: 1 x 1.5 V AAA (batteria compresa).
TA20 Euro 5,50
PMTEMP Euro 14,00
Termoigrometro
digitale
Termoigrometro
digitale per la
misura del grado
di umidità (da 0%
al 100%) e della
temperatura ( da
-20°C a +60°C)
con memoria ed
indicazione del
valore minimo e
massimo.
A limentazione
9V (a batteria).
DVM321 Euro 78,00
Multimetro digitale a 3 3/4 cifre
Strumento professionale
con display LCD da 3 3/4
cifre, indicazione automatica della polarità, bargraph, indicazione di batteria scarica, selezione
automatica delle portate,
memorizzazione dei dati e
protezione contro i sovraccarichi. Misura tensioni/correnti alternate e continue,
resistenza, capacità e frequenza. Alimentazione con
batteria a 9V. Completo di guscio di protezione.
DVM68 Euro 47,00
Pinza amperometrica per multimetri digitali
Pinza amperometrica adatta a
qualsiasi multimetro digitale.
In grado di convertire la
corrente da 0,1 a 300 A in una
tensione di 1 mV ogni 0,1A
misurati. Adatto per conduttori di diametro massimo di
30mm. Dimensioni: 80 x 156 x
35mm; peso con batteria: ±220g.
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Anemometro digitale
Dispositivo per la visualizzione
della velocità del vento su istogramma e scala di Beaufort
completo di termometro.
Visualizzazione della temperatura di raffreddamento (windchill factory). Display LCD con
retroilluminazione. Strumento
indispensabile per chi si occupa dell’installazione o
manutenzione di sistemi di condizionamento e trattamento dell’aria, sia a livello civile che industriale.
Indispensabile in campo nautico. Completo di cinghietta. Alimentazione: 1x 3 V (CR2032, batteria inclusa).
WS9500 Euro 39,00
Multimetro digitale a 3 1/2 cifre
Multimetro digitale con display retroilluminato in
grado di misurare correnti fino a 10A DC, tensioni
continue e alternate fino a 600V, resistenze fino a 2
Mohm, diodi, transistor e continuità elettrica.
Alimentazione con batteria a 9V (inclusa). Funzione
memoria per mantenere visualizzata la lettura.
Completo di guscio di protezione.
DVM850 Euro 12,00
Fonometro analogico
Fonometro portatile dalle caratteristiche professionali in grado di rilevare suoni di intensità compresa
tra 50 e 126 dB. Sette scale di misura, curve di pesatura A e C conformi agli standard internazionali,
modalità FAST e SLOW per le costanti di tempo,
calibrazione VR eseguibile dall'esterno, microfono a
condensatore di grande precisione. Ideale per misurare il rumore di fondo in fabbriche, scuole e uffici,
per testare l'acustica di studi di registrazione e teatri
nonché per effettuare una corretta installazione di impianti HI-FI.
L'apparecchio viene fornito con batteria alcalina.
FR255 Euro 26,00
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Strumento con risoluzione di 0,1 dB ed indicazione
digitale della misura. È in grado di rilevare intensità
sonore comprese tra 35 e 130 dB in due scale.
Completo di custodia e batteria di alimentazione.
Display: 3 1/2 cifre con indicatore di funzione; scale
di misura: low (da 35 a 100dB) / high (da 65 a
130dB); precisione: 2,5 dB / 3,5 dB; definizione: 0,1
dB; curve di pesatura: A e C (selezionabile); alimentazione: 9V (batteria inclusa).
DVM1326 Euro 122,00
Fonometro professionale
Misuratore con risoluzione di 0,1 dB ed indicazione
digitale della misura. È in grado di rilevare intensità
sonore comprese tra 30 e 130 dB. Scale di misura: low
(da 30 a 100dB) / high (da 60 a 130dB); precisione: +/1.5dB 94dB @ 1kHz; gamma di frequenza: da 31.5Hz
a 8kHz; uscita ausiliaria: AC/DC; alimentazione: 1 x
9V (batteria inclusa); dimensioni: 210 x 55 x 32 mm.
DVM805 Euro 92,00
Tutti i prezzi si intendono IVA inclusa.
Multimetro da banco
TELECONTROLLI
TIMER PER
SISTEMI
REMOTI GSM
Per quanto sofisticati, talvolta i sistemi di telecontrollo che utilizzano moduli GSM
si bloccano: allora, non potendo intervenire localmente, occorre
assicurare un reset periodico, utilizzando proprio il circuito di queste pagine.
di Alberto Ghezzi
S
eguendo la nostra rivista avrete certamente avuto
modo di apprezzare i numerosi apparecchi realizzati sfruttando la linea GSM. I progetti più interessanti
sono stati sviluppati abbinando la telefonia cellulare
alla tecnologia GPS: dopo i
primi sistemi di localizzazione satellitare, abbiamo
proposto apparati da installare in automobile e capaci
di trasmettere, mediante
telefoni cellulari GSM e ad
intervalli di tempo predefiniti, le informazioni relative
alla posizione assunta dai
veicoli sotto controllo. Per
tutti questi progetti abbiamo
utilizzato, per quanto riguarda la sezione “telefonia”, dei
modem cellulari di tipo
industriale (inizialmente
WM01 sostituito poi dai falcom A1 e A2) ma anche dei
telefonini commerciali (vedi Siemens S10 o Ericsson).
In ogni caso abbiamo riscontrato che, a causa di una
Elettronica In - ottobre ‘99
caratteristica intrinseca della rete GSM e di conseguenza dei cellulari, questi si bloccano ripetutamente dopo
un intervallo di tempo variabile da tre o quattro ore ad
un giorno di attivazione continua (non di utilizzo in
linea ma semplicemente di
accensione). Anche i proprietari di cellulari tipo
Motorola, Nokia o Ericsson
si saranno accorti che, a
volte, risulta necessario spegnere e riaccendere il proprio cellulare in quanto
risulta “bloccato” anche in
presenza di campo. Questo
“difetto” è più evidente
quando si cambia spesso
ponte radio o si passa attraverso zone di “non copertura”. Per risolvere il problema, per rimetterli in funzione, occorre resettarli; nel caso dei telefonini questa operazione risulta semplice ed immediata: è sufficiente
spegnerli e riaccenderli. Con i sistemi remoti di
41
MODULI PER
BASSA FREQ UENZA
TELECONTROLLI
schema elettrico
Modulatore audio
a piedinatura S.I.L.
contenente
un
completo modulatore
d’ampiezza
registrabile da zero
al 100 % mediante un trimmer o potenziometro. All’interno dell’SG1 si trova un
oscillatore a bassissima frequenza (VLF)
controllabile tramite un secondo trimmer
o potenziometro con il quale si può
modificare la velocità del tremolo da 2 a
circa 9 Hertz. Dispone anche di un driver
di vibrato, che in sostanza è un Voltage
Controlled Impedance, ovvero una resistenza che cambia di valore in funzione
della tensione di controllo prelevata
direttamente dall’uscita dell’oscillatore
VLF.
SG1 L. 9.500
Preamplificatore audio composto da un
finale di piccola potenza a bassa impedenza d’uscita (6 ohm) e da un preamplificatore, che può essere usato come
dispositivo d’ingresso necessario per
elevare il segnale che arriva da fonti di
debole potenza.
SG2 L. 10.500
16 17
15
19 20 21 22 23 24
13 12 11 10
7
26
5
30
3
2
nettore del sistema da ripristinare. Lo
schema è semplicissimo ed andiamo
subito ad analizzarlo, con la premessa
che il tutto va posto in serie ai cavi dell’alimentazione all’interno del sistema:
in pratica l’alimentazione destinata al
localizzatore viene collegata a + e - V
(IN) del circuito proposto la cui uscita
(+ e - OUT) diventa la fonte di alimentazione dell’apparecchio da resettare.
Una volta alimentato, il circuito ricava
5 volt stabilizzati (partendo dai 12 V
d’ingresso, prelevati dalla batteria del
veicolo in osservazione...) mediante il
piccolo regolatore integrato U1, e con
essi alimenta il PIC12C672: quest’ultimo è un microcontrollore ad 8 bit programmato in modo che funzioni da
timer e produca ogni due ore un impulso della durata di 10 secondi sul piedino che controlla la bobina del relè.
1
Integrato ibrido che raccoglie un driver di
bassa frequenza completo di stadio per
la regolazione della corrente a riposo e
compensazione termica, nonché una
protezione bilaterale contro la sovracorrente in uscita. Appare come un chip
dual-in-line in allumina a 15+15 piedini.
All’interno troviamo praticamente lo stadio preamplificatore e pilota principale
del classico amplificatore di potenza.
L’ibrido incorpora una sua retroazione
parallelo-serie, la cui resistenza
uscita/ingresso è fissa (vale circa 8,5
KOhm) mentre è possibile regolare il
guadagno ottenendo valori compresi tra
3 e oltre 180.
SA-1 L. 19.000
V.le Kennedy, 96 - 20027 RESCALDINA (MI)
Tel. (0331) 576139 r.a. - Fax (0331)578200
42
localizzazione o con altri dispositivi
che sfruttano la tecnologia GSM e sono
dislocati in luoghi fuori controllo e
comunque devono garantire un funzionamento costante, questo difetto rappresenta un problema di difficile soluzione. Risulta infatti praticamente
impossibile resettare un apparato montato su un’autovettura distante magari
decine di chilometri dalla postazione di
controllo. L’unico sistema è equipaggiare il localizzatore remoto con un
semplicissimo timer che periodicamente provvede a spegnerlo e riaccenderlo.
Il progetto che ci accingiamo a presentare in questo articolo è stato appositamente studiato per questo: si tratta in
sostanza di un banale temporizzatore
che ogni due ore attiva un relè, interrompendo il filo dell’alimentazione
positiva principale prelevata sul con-
piano di
montaggio
ed elenco
componenti
C1: 470 µF 25VL elettrolitico
D1: Diodo 1N4007
U1: 78L05 regolatore
U2: PIC12C672-04P (MF 287)
RL1: relè miniatura 5V 1SC da c.s.
Varie:
- morsettiera 2 poli
(2 pz.);
- zoccolo 4 + 4;
- stampato cod. S287.
Elettronica In - ottobre ‘99
L’alimentazione va collegata ai morsetti IN del nostro circuito la cui uscita
(OUT) diventa la fonte di alimentazione dell’apparecchio da resettare.
L’impulso è ovviamente negativo,
quindi a riposo l’uscita è a livello alto
(+5 V). Il piedino scelto per il comando del relè è il 7, che può fornire la
necessaria corrente senza problemi.
Dunque, ogni due ore il pin 7 commuta da 1 a 0 portando sotto tensione la
bobina del micro-relè RL1: quest’ultimo è un componente a passo dip,
monoscambio, del quale usiamo il
punto centrale ed il solo contatto normalmente chiuso per far passare la
linea di alimentazione principale dal
connettore di ingresso (+, -V) alla morsettiera d’uscita (+ e - OUT). Pertanto,
ogni volta che il microcontrollore dà il
suo impulso negativo, per dieci secondi
RL1 scatta ed interrompe la linea di alimentazione diretta alla circuiteria del
localizzatore remoto: questi si spegne
e, trascorso il predetto intervallo, torna
ad accendersi ripartendo daccapo.
Naturalmente il microcontrollore non
si spegne mai, perché risulta sempre
sotto tensione: altrimenti farebbe ricadere il relè appena eccitato, ed il tempo
di “black out” sarebbe talmente ridotto
da provocare esclusivamente dei disturbi nell’alimentazione del dispositivo
ma non il reale spegnimento.
Chiaramente se al momento del reset il
sistema funzionava correttamente lo
spegnimento e la riaccensione non provocano danni rilevanti; se invece il
localizzatore era bloccato, la manovra
risulta provvidenziale e serve a ripristinare le normali condizioni di funzionamento. C’è da dire che, sebbene il
sistema sia un po’ drastico e non consideri quello che il dispositivo a valle stia
facendo, è molto efficace, e, anche se
Elettronica In - ottobre ‘99
spegne l’apparato mentre sta memorizzando una posizione ricevuta dal GPS
non produce grandi danni in quanto nel
caso dei localizzatori con memoria è
stato previsto un sistema di protezione
contro i cali di tensione che provvede a
memorizzare l’ultimo dato disponibile
prima di spegnersi anche in caso di
mancanza di tensione.
REALIZZAZIONE
E INSTALLAZIONE
Dopo la breve descrizione del timer
possiamo vedere come costruirlo ed
installarlo: il circuito è semplice, ma
abbiamo comunque previsto una basetta stampata che potete facilmente autocostruire seguendo la traccia lato rame
visibile in queste pagine procedendo
con la tracciatura manuale o per fotoin-
cisione. Una volta realizzato lo stampato (nulla vi vieta di utilizzare un pezzetto di basetta millefori) infilate e saldate lo zoccolo nel verso indicato,
quindi il diodo (attenzione alla fascetta:
indica il catodo) il relè miniaturizzato
ed il condensatore elettrolitico, prestando la dovuta attenzione alla polarità. Disponete il regolatore 78L05 con il
lato piatto rivolto al C1, quindi terminate il montaggio stagnando due morsettiere a passo 5 mm in corrispondenza delle piazzole +, - V e +, - OUT.
Infine, infilate il piccolo microcontrollore, opportunamente programmato,
nel proprio zoccolo, badando che la
tacca di riferimento guardi verso D1 ed
RL1. Fatto questo potete pensare
all’installazione: interrompete il filo
positivo dei 12 volt e collegatelo al
morsetto +V e fate lo stesso con il -,
collegandolo al -V; il positivo del localizzatore collegatelo ora al +OUT ed il
negativo al -OUT. Fatto questo il
cablaggio è terminato: sistemate la
scheda in modo che non realizzi cortocircuiti e fissatela. Una vola data tensione il timer inizia il conteggio, e l’interruzione automatica dell’alimentazione avverrà dopo due ore e, poi, ciclicamente ogni 2 ore.
Ricordate che il piccolo temporizzatore
di ripristino è idoneo a tutti i sistemi
che utilizzano la rete GSM come quello proposto nel fascicolo n° 30 di
Elettronica In (“Localizzatore veicolare con GPS e cellulare”) o come l’ascolto veicolare a distanza via linea
GSM del n° 31.
traccia rame
in scala 1:1
PER IL MATERIALE
I componenti utilizzati in questo progetto sono facilmente reperibili presso qualsiasi rivenditore di materiale elettronico. Il timer
descritto in queste pagine è disponibile anche montato e collaudato al prezzo di 48.000 IVA compresa (cod. FT287M). Il
materiale va richiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96,
20027 Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331-799775 Fax. 0331-792287 http://www.futurashop.it
43
AUTOMAZIONE
SISTEMA DI
CONTROLLO DEL
PH PER ACQUARI
di Francesco Ferla
M
antenere in casa un acquario per pesci d’acqua
dolce richiede la conoscenza di alcuni fattori che,
se trascurati, possono alterare il piccolo ecosistema
creato artificialmente provocando talvolta seri problemi: è importante prevedere la giusta “flora” ed utilizzare per il fondo
materiali che non
rilascino sostanze
tossiche o capaci di
mutare sostanzialmente l’acidità dell’acqua. E poi conta
la temperatura, l’illuminazione, la qualità dell’acqua ecc.
Insomma, tanti fattori che tutti assieme
fanno la differenza
tra un acquario curato, ed uno trascurato
dove purtroppo gli
“abitanti” diminuiscono spesso di
numero, loro malgrado... Una delle
cose più importanti per la sopravvivenza della popolazione acquatica è senz’altro il pH dell’acqua, ovvero il
suo grado di acidità, e quanto esso si discosti dal valo44
re ideale. Infatti il pH è un parametro fondamentale per
il benessere di pesci e piante (vanno scelte in base alla
“fauna” che si vuole tenere...) ed occorre che resti
costante tra 6 e 8, in base alle necessità di pesci e piante presenti nella vasca; in altre parole è necessario mantenere un pH simile
a quello presente nel
loro ambiente naturale. L’esatto valore
dipende da molti
fattori, ma più strettamente
dipende
dalla
Durezza
Carbonatica (KH) e
dalla concentrazione
di anidride carbonica (CO2): quest’ultima è indispensabile tanto alla vita
delle piante terrestri
quanto a quella delle
acquatiche, ed è alla
base del loro ciclo
vitale. Già, perché
di giorno sulla terra
o in acquario durante le ore di illuminazione artificiale,
trasformano l’anidride carbonica in ossigeno secondo
quel procedimento noto come “fotosintesi clorofilliaElettronica In - ottobre ‘99
Avete un acquario e non
sapete se l’acqua al suo
interno è al giusto grado
di acidità? Volete
conoscere il pH di
qualsiasi altra soluzione?
A queste e ad altre
domande potete trovare
risposta costruendo un
pH-metro come quello
qui proposto, che inoltre
dispone di un attuatore
capace di comandare
(negli acquari) un
erogatore di anidride
carbonica utile a
ristabilire, nell’acqua,
l’esatto pH.
na”. Gli studi fatti in materia hanno permesso di determinare una relazione che lega la quantità di CO2 al pH
dell’acqua, cosicché possiamo dire che aumentando la
prima si abbassa il secondo, e viceversa: sappiamo dunque con certezza che se vogliamo tenere sotto controllo un acquario,
quando in esso
l’ambiente tende a
diventare un po’
troppo alcalino (per
effetto del consumo
di CO2 da parte
delle piante) il
miglior sistema di
cui disponiamo, il
più semplice, consiste nell’aggiungere
CO2 in una certa
m i s u r a .
Chiaramente per far
questo non si può
procedere “a spanne”, ma occorre
conoscere, mediante
un apposito strumento, il pH dell’acqua, quindi utilizzare un erogatore manuale o automatico di anidride
carbonica per immettere quest’ultima nel liquido fino a
riportare i valori nella norma. In queste pagine vi proElettronica In - ottobre ‘99
poniamo un progetto che riteniamo molto interessante,
essendo di fatto un ottimo pH-metro con tanto di attuatore a soglia capace di comandare un erogatore elettrico standard di CO2: insomma, un automatismo con il
quale si può non solo leggere su un display LCD il
livello di acidità dell’acqua, ma anche
provvedere, all’occorrenza, ad una
correzione immediata mediante un
apparato di uso
comune e reperibile
presso i rivenditori
specializzati. Ma
vediamo innanzitutto il circuito elettronico che svolge le
varie funzioni, e lo
facciamo al solito
riferendoci
allo
schema
elettrico
visibile, per intero,
in queste pagine:
notate subito che in esso sono raggruppati due dispositivi che in realtà sono distinti; infatti il blocco di alimentazione (in basso a destra) trova posto su una propria basetta, ed il resto su un’altra. L’intero apparecchio
45
COS’E’ IL PH?
scompone in 2 ioni H+ ed uno ione solforato SO4: corrode soprattutto i metalli, e chiaramente anche i tessuti organici, perché basa-
Lo strumento/erogatore di CO2 proposto in questo articolo serve
a misurare il pH, ovvero il grado di concentrazione di ioni H+ o
ti sul carbonio che è il metallo alla base della chimica organica. Il
OH- di una soluzione; per comprendere il significato di questo
narsi con altri mettendo in compartecipazione gli elettroni del-
parametro occorre richiamare alcuni concetti di chimica, e più
l’orbitale più esterno, e per gli ioni, che sono atomi non combina-
precisamente quelli riguardanti le reazioni tra ossidi ed acqua.
ti e quindi con elettroni liberi, significa la loro tendenza a legarsi
Partiamo dicendo che gli ossidi metalli a contatto con l’acqua
ad elementi o molecole instabili. Valenza positiva significa che, nel
pura producono quelle che vengono dette “basi”, caratterizzate
legame covalente, l’elemento accetta gli elettroni ceduti nel suo
dal fatto che possono reagire al contatto con i non-metalli, ovvero
orbitale più esterno dall’elemento a maggior elettronegatività
con acidi, perché in acqua si scindono in ioni di metallo, caratte-
(vedi tabella periodica degli elementi: elettronegatività di
rizzati dall’avere valenza negativa, e ioni OH- (idrato) capaci di
Pauling); normalmente i metalli hanno valenza positiva e i non-
valenza negativa. Gli ossidi di non-metalli in acqua producono
metalli l’hanno negativa. Fa eccezione l’idrogeno che, pur essen-
invece acidi, caratterizzati dal fatto che a contatto con metalli o
do un gas, si combina con i non-metalli e prende, inaspettatamen-
basi reagiscono, perchè scomposti, in ioni di non-metallo e ioni
te, valenza positiva. Nel caso degli ioni H+, ciascuno mette a dis-
H+ (idrogeno). Un esempio di base è l’idrossido di sodio, perico-
posizione l’unico elettrone che possiede (orbitale s) ed è quindi
losissimo e noto come “soda caustica”: è composto dalla reazio-
pronto a combinarsi con un metallo o altro ione a valenza positi-
ne tra Na2O (monossido di sodio) ed acqua, che produce 2 mole-
va: sta qui il pericolo! Per gli OH- (ioni idrossido) ciascuno è
cole di NaOH. La sua pericolosità si manifesta però solo in solu-
pronto ad accettare un elettrone, ed è quindi instabile. Nelle solu-
zione, giacché asciutto, presente ad esempio in materiali quali la
zioni e nei liquidi che si trovano in natura vi è sempre una quanti-
calce “spenta”, è innocuo: ciò grazie al fatto che i suoi ioni OH-
tà di entrambi gli ioni, ed è la loro concentrazione a determinare
sono inattivi e non possono reagire con nulla. Se però entra in
il pH: se sono in ugual misura la soluzione è detta neutra, mentre
contatto con l’acqua, e la soluzione che ne risulta è piuttosto con-
se prevalgono gli H+ è acida; è invece basica (alcalina) se vi è
centrata, corrode la pelle, ed anche materiali non metallici.
prevalenza di OH- (carenza di H+). In pratica, per definire lo stato
Un esempio di acido, molto noto perché si trova nelle batterie ad
di un liquido i chimici adoperano come unità di misura il noto pH
elettrolita liquido (quelle delle auto) in soluzione molto diluita, è
(potenziale d’idrogeno) che viene definito come il logaritmo deci-
quello solforico, ottenuto dalla combinazione di S03 (anidride sol-
male negativo della concentrazione di moli di ioni H+ in un litro
forica o sesquiossido di zolfo) ed acqua, dalla quale esce appunto
di soluzione acquosa: naturalmente non si intende la quantità
una molecola di H2SO4. Anche questo è innocuo nella sua forma
naturale, gassosa, ma pericolosissimo diluito in acqua, allorché si
assoluta di ioni H+, ma la consistenza di quelli rimasti liberi e non
consta perciò di due schede.
Riservandoci di esaminare l’alimentatore alla fine, iniziamo lo studio dello
schema elettrico scomponendolo nelle
parti che lo formano: la sezione composta dai quattro operazionali di U1
46
concetto di valenza indica la capacità di un elemento di combi-
neutralizzati dagli OH- (incontrandosi, H+ ed OH- si neutralizza-
rappresenta l’interfaccia d’ingresso che
amplifica il segnale della sonda; da T1
ai punti siglati 220 V si trova l’attuatore comandato a soglia, mentre in basso
abbiamo il voltmetro digitale con display a cristalli liquidi. Per poter com-
prendere come funziona lo strumento
di misura bisogna sapere innanzitutto
con quale trasduttore viene rilevato il
pH: ebbene, si tratta di un particolare
dispositivo assimilabile ad una pila, nel
quale i due elettrodi diventano sede di
una differenza di potenziale che passa
da un valore positivo di 400 mV ad uno
negativo di -400 mV, rilevando un pH
da 0 a 14. Quindi in corrispondenza di
7 (soluzione neutra) si dovrebbero ottenere 0 volt. Chiaramente per le misure
non va immersa l’intera sonda, ma solo
una parte di essa che risulta piuttosto
permeabile e consente di far entrare in
contatto il composto all’interno con
l’acqua dell’acquario, innescando la
reazione chimica che produce, appunto, la lieve tensione tra i contatti del
generatore voltaico. E’ dunque sufficiente amplificare quanto si presenta
Elettronica In - ottobre ‘99
no componendo una molecola d’acqua). Insomma, se uniamo due
alla -1 dà proprio 0,1; se vi è 1/100 di mole il logaritmo decimale
liquidi e nel primo vi sono 1 milione di H+ e nel secondo 900.000
negativo è -2, ecc. Al valore neutro, cioè pH=7, corrisponde una
OH-, alla fine abbiamo effettivamente 100.000 ioni H+. Quanto
concentrazione pari a 10 elevato alla -7 moli/litro di H+, quindi
alla “mole”, possiamo dire che per un elemento chimico o un
0,0000001 moli/litro. Infine, per avere il pH più alcalino (basico)
composto una mole è l’equivalente in grammi del peso molecola-
cioè 14, la concentrazione di moli per litro di ioni H+ deve essere
re: quindi nel caso di un composto, il peso molecolare è dato dalla
irrisoria: addirittura 10 elevato alla -14, cioè 0,00000000000001
somma dei pesi atomici dei singoli atomi. Per fare un esempio, il
moli/l! Prevalgono dunque gli OH-.Quanto alla pericolosità per il
peso di una molecola di sale da cucina (NaCl=cloruro di sodio) è
nostro corpo, le soluzioni sia acide che basiche sono nocive, seb-
In questo progetto abbiamo
impiegato una sonda
professionale della Hanna
Instruments, precisamente il
modello HI-1230; a contatto
con la soluzione da analizzare,
la sonda genera una tensione
continua compresa tra - 400 e
+ 400 mV, perfettamente
proporzionale al grado di
acidità del liquido (pH).
pari a 22,99 (peso atomico del sodio) più 35,453 (peso atomico del
bene recenti studi hanno dimostrato che in condizioni normali il
cloro) e quindi 58,443; ebbene, una mole di cloruro di sodio è la
pH della pelle umana è 5,5, quindi un poco acido: ad ogni modo,
quantità di sue molecole che stanno in 58,443 grammi. Ma tornia-
è da ritenersi dannoso il contatto prolungato con liquidi più alca-
mo al pH vero e proprio per vedere come si calcola: se in un litro
lini di pH 10, e pericoloso quello con composti con pH compreso
d’acqua distillata (H2O pura) è disciolta una mole di ioni idroge-
tra 11 e 14.
no (H+) il logaritmo negativo è 0, dato che 10 alla 0 o -0 è sem-
Un esempio è la candeggina, ipoclorito di sodio (Na2SO) in solu-
pre 1 (qualunque numero con esponente zero dà 1!); a pH=0 cor-
zione, che corrode lentamente la pelle lasciandocela come liscia.
risponde la massima acidità misurabile. Se nel solito litro è
Per quanto concerne gli acidi, è dannoso il contatto prolungato
disciolto 1/10 di mole di H+, il logaritmo è -1, poiché 10 elevato
con le soluzioni con pH minore di 2.
tra i morsetti SONDA PH, così da ricavare una differenza di potenziale continua da misurare e visualizzare sul display LCD del millivoltmetro digitale
come un numero corrispondente al pH:
infatti utilizzando appositi partitori e
scegliendo sapientemente il guadagno
di tutta la catena amplificatrice, sul
DIS1 escono delle cifre che mostrano
direttamente il parametro che ci interessa. Tra breve vedremo come questo
venga ottenuto: per ora sappiate che
allo scopo il segnale dato dalla sonda
viene invertito di polarità, in modo da
avere la minima lettura in corrispondenza di pH=0, ed il massimo valore
con pH pari a 14; quindi gli si somma
una quantità tale da spostarlo tutto
sopra gli 0 volt, così da avere un’indicazione sempre positiva. Dall’uscita
del blocco di amplificazione si preleva
Elettronica In - ottobre ‘99
anche il potenziale che va al doppio
comparatore facente parte dell’attuatore a soglia. Allora, note le caratteristiche della nostra sonda possiamo seguire il percorso del suo segnale, che dai
punti SONDA PH passa ai capi del
condensatore C5, utile a filtrare eventuali disturbi impulsivi, poi entra nel
pin 10 dell’U1a che è l’ingresso noninvertente di questo operazionale configurato come buffer (guadagno=1) ed
impiegato come adattatore di impeden-
47
za: l’integrato è infatti del tipo con
ingressi a jFET, e presenta perciò una
resistenza praticamente infinita, tale da
non caricare affatto la sonda e permettere una misura il più possibile precisa.
Dall’8, la tensione esce e va ad un
48
secondo stadio, formato da U1b, che si
comporta da amplificatore invertente
ma ha guadagno unitario e serve soltanto ad invertire la polarità. U1c è un
amplificatore differenziale a guadagno
unitario; alla tensione applicata a R18
viene sottratta la tensione applicata a
R16. Sul piedino 1 dell’U1 abbiamo
pertanto una tensione il cui valore è
quello della ddp fornita dalla sonda a
cui è sottratta la tensione riportata da
R16, ed il cui verso è opposto. Notate
Elettronica In - ottobre ‘99
schema elettrico
che U1c ha una precisa funzione che si
può spiegare solo considerando che
vogliamo visualizzare direttamente sul
voltmetro il valore del pH, che deve
sempre essere positivo, partendo da
una tensione che invece oscilla tra
Elettronica In - ottobre ‘99
valori positivi e negativi; in condizioni
normali, cioè mandando direttamente
l’uscita della sonda al modulo voltmetro LCD, vedremmo al limite numeri
preceduti dal segno - o senza alcun
segno, cosa incompatibile con le nostre
esigenze, giacché ci serve un’indicazione tra 0 e 14. Con un particolare
artificio siamo invece riusciti a spostare in alto tutta la “scala”, così da non
avere mai il segno meno. Il “trucco”
consiste nel traslare il livello di riferi49
il montaggio della piastra base
COMPONENTI
R1: 56 Ohm
R2: 180 Ohm
R3: 47 Kohm
R4: 10 Kohm
R5: 1 KOhm
R6: 10 KOhm
R7: 1 KOhm
50
R8: 4,7 KOhm
R9: 5,6 Ohm
R10: 10 Kohm
R11: 3,9 KOhm
R12: 1KOhm trimmer
R13: 2,7 KOhm
R14: 39 KOhm
R15: 10 KOhm
R16, R17: 100 KOhm
R18, R19: 100 KOhm
R20, R21: 1 KOhm
R22: 220 Ohm
R23: 1 KOhm trimmer
R24: 1 KOhm pot.lin.
R25: 10 KOhm
R26: 330 Ohm
R27: 330 KOhm
R28: 1 MOhm
R29: 10 KOhm
R30: 1 KOhm trimmer
R31: 22 KOhm
R32: 100 KOhm
R33: 47 Kohm
R34: 1 KOhm
Elettronica In - ottobre ‘99
R35: 330 Ohm
C1: 1.000 pF 600 VL ceramico
C2: 100 µF 16 VL elettrolitico
C3,C4: 100 nF multistrato
C5: 2.200 pF ceramico
C6: 470 µF 25 VL elettrolitico
C7: 100 nF multistrato
C8: 100 µF 16 VL elettrolitico
C9: 100 nF multistrato
C10: 470 µF 25 VL elettrolitico
C11: 100 nF multistrato
C12: 100 µF 16VL elettrolitico
C13: 100 nF multistrato
C14: 100 µF 16 VL elettrolitico
C15: 470 nF poliestere
C16: 220 nF poliestere
C17: 100 pF ceramico
C18: 100 nF multistrato
C19: 10 nF ceramico
C20: 470 µF 16 VL elettrolitico
C21: 100 nF multistrato
C22: 1.000 µF 25 VL elettrolitico
C23: 100 nF multistrato
C24: 10 µF 16 VL elettrolitico
C25: 100 µF 16 VL elettrolitico
D1,D2: Diodo 1N4148
DZ1: Zener 12V 0,5W
PT1, PT2: Ponte di diodi WL02
T1: BC557 transistor PNP
T2: BC547 transistor NPN
TR1: Triac BTA10-700
U1: TL084
U2: LM324
U3: MOC3041
U4: ICL17106
U5: 7805 regolatore
U6: 7905 regolatore
U7: 7812 regolatore
DIS1: Display LCD 3 1/2
FUS1: 500 mA
TS1: Trasf. 15VA primario 220V
Sec. 14V/9+9V
S1: Deviatore a levetta
Sensore PH: Hanna HI-1230
Varie:
- C.S. cod. S301A;
- C.S. cod. S301B;
- presa BNC da pannello;
- cordone alimentazione 220V;
- morsetto 2 poli (2pz);
- dissipatore per TO-220;
- vite + dado 3 MA;
- portafusibile da c.s.;
- zoccolo 3+3;
- zoccolo 7+7 (2 pz);
- zoccolo 20+20;
- strip femmina 20 poli (2 pz);
- lampada spia 220V.
Elettronica In - ottobre ‘99
mento dell’operazionale U1c, o
meglio, nel dargli un offset tale da spostare sopra lo zero volt eventuali tensioni negative; vediamo in che modo:
dallo schema notiamo che tutto il blocco di ingresso è accoppiato in continua,
pertanto quello che esce dal piedino 1
dell’U1 è teoricamente la differenza di
potenziale applicata ai morsetti
SONDA PH invertita di segno (da
U1b). Infatti, essendo R16 ed R17
uguali tra loro, il guadagno di tale
amplificatore è pari a 2, che moltiplicato per ½ (la divisione operata dal partitore R18/R19...) dà esattamente 1.
Potendo avere all’ingresso del circuito
da -400 a +400 millivolt, il solo modo
per eliminare i valori negativi senza
tuttavia perdere le letture relative ai PH
più avanti, parlando della realizzazione
dello strumento. Per ora limitatevi ad
osservare che abbiamo sommato un
potenziale negativo, anziché positivo,
perché U1b provvede già ad invertire la
polarità della tensione prodotta dalla
sonda: quindi, se i valori dopo U1b ed
il partitore sono tra +0,2 V e -0,2V,
all’uscita dell’amplificatore/sommatore U1c abbiamo la somma algebrica
moltiplicata per 2 (il guadagno dell’operazionale). Dato che l’offset negativo
entra all’input invertente (pin 2) ai fini
del livello d’uscita è positivo, perciò
quando ai capi della R19 vi sono +200
mV, secondo il principio di sovrapposizione degli effetti al piedino 1 abbiamo:
V = (200mVx2) - (-400mV) = 400mV
basici (7÷14) consiste nel sommare un
potenziale negativo direttamente sull’ingresso invertente dell’U1c, cosa che
si fa semplicemente portando non a
massa (0 V) ma al -5V il piedino 2;
chiaramente si può regolare a piacere
questo offset, grazie alla resistenza R11
ed al trimmer R12 (R16 non ha alcun
effetto nei confronti della polarizzazione). Nella pratica, per spostare la scala
di tensioni leggibili sopra lo zero, mantenendo intatta l’escursione di 800 millivolt (da -400 a 400 mV) ci basta sommare 400 mV, cosicché il minimo
potenziale sale da -0,4 V a 0 volt: il
massimo passa da 400 ad 800 mV. La
somma si fa, appunto, aggiungendo
una tensione negativa con il trimmer
R12, che va tarato come spiegheremo
+ 400mV = 800mV. In presenza della
tensione negativa su SONDA PH e
quindi di quella negativa ai capi della
predetta R19, abbiamo al limite:
V = (-200mVx2) - (-400mV) = 400mV + 400mV = 0 mV.
Ecco confermato come avviene la traslazione della scala oltre lo zero. Bene,
chiarito questo concetto (se avete qualche dubbio ripassatevi la teoria degli
operazionali ed il principio di sovrapposizione degli effetti, ben noto a chi
studia elettrotecnica) passiamo oltre e
vediamo che il potenziale (sempre
positivo) ottenuto dall’amplificatore /
sommatore U1c raggiunge l’ingresso
non-invertente dell’ultimo operazionale, U1d, che lo amplifica di 4,9 volte;
mediante il partitore formato da R13 ed
51
l’alimentatore in pratica
L’alimentatore fornisce al circuito una tensione continua duale di ± 5 volt con la
quale vengono alimentati gli stadi di ingresso ed il circuito a soglia. L’uscita a
12 volt (con massa separata rispetto alla tensione duale) alimenta solo il display.
Sulla piastra dell’alimentatore è presente anche la sezione di controllo dell’elettrovalvola che fa capo al fotoaccoppiatore ed al TRIAC. Prima di effettuare i
collegamenti verificate che l’elettrovalvola utilizzata funzioni a 220 volt.
52
R21/R23, regolando opportunamente
quest’ultimo trimmer otteniamo dunque una riduzione di 2,8 volte.
Il tutto ci serve ad avere un’amplificazione complessiva e negativa di 4,9/2,8=-1,75, cosicché, siccome il
voltmetro elettronico è predisposto per
misurare fino a 199,9 millivolt, possiamo avere sul display un’indicazione
che corrisponde a 0,000 quando la
sonda genera -400 mV (0 mV all’uscita dell’U1c) e quindi rileva il massimo
pH acido (0) e 14,00 con +400 mV
(+800 mV all’uscita del solito U1c)
ovvero in coincidenza con il più alto
pH basico (14).
Esaminando la relativa sezione possiamo capire meglio la cosa: lo strumento
di misura fa capo all’integrato
ICL7106 siglato U4, ed al visualizzatore LCD a 3 digit +1/2 indicato con
DIS1; si tratta di un circuito classico
che già avrete visto nelle pagine di
Elettronica In, avendolo noi pubblicato
nel fascicolo n° 28.
In sostanza l’ICL7106 è un completo
voltmetro digitale provvisto di A/D
converter con tipica sensibilità di fondo
scala di 199,9 millivolt, ovviamente in
continua; dispone delle linee di controllo per i segmenti di un display
numerico LCD standard a 3 cifre e
mezza, più il segno, nonché del generatore del segnale di clock per il BackPlane. Per funzionare richiede pochissimi componenti esterni, tra i quali
notiamo C15, C16, R33, necessari
all’oscillatore interno, e C18, C17 ed
R32, utili alla parte di conversione
Analogico/Digitale e misura.
Il partitore formato dalle resistenze
R28/R29 serve a dividere per 10 il
livello della tensione ricavata dai precedenti blocchi, così da portare la sensibilità del voltmetro da 199,9 a 1999
millivolt: così facendo abbiamo l’indicazione di 1400 quando U1c fornisce la
massima tensione positiva (pH=14) e 0
quando dà invece potenziale nullo
(pH=0). Infine, mettendo a massa il terminale 12 del display tramite la resistenza R27, forziamo l’accensione del
segmento corrispondente al secondo
punto decimale da sinistra, cosicché
1999 millivolt appaiono come 19,99,
1400 come 14,00, e via di seguito.
Ecco perciò che riusciamo ad ottenere
una lettura del pH precisa alla seconda
cifra decimale, cioè al centesimo (±1
Elettronica In - ottobre ‘99
mV di scarto all’ingresso): davvero un
ottimo risultato!
Ah, notate che abbiamo previsto di
misurare con lo strumento digitale sia il
valore di pH rilevato dalla sonda, che la
soglia impostata per l’attivazione dell’erogatore di CO2 operata dalla parte
di circuito che andremo a vedere tra
breve; la selezione si fa usando il
deviatore S1: portando il capo centrale
sul T.P. 2 (R13/R21) si svolge la misura del grado dell’acqua, mentre spostandolo sul nodo R9/R22 viene letta la
soglia.
IL PROGRAMMATORE
DI ANIDRIDE CARBONICA
Visto come funziona lo strumento di
misura vero e proprio, possiamo passare a studiare la logica di controllo dell’attuatore con cui, impiegando l’apparato in un acquario, è possibile azionare automaticamente un erogatore di
anidride carbonica quando il pH tende
a salire al disopra di una soglia che, nel
nostro caso, può essere regolata fino a
12. Il tutto fa capo ai comparatori U2a
tate che per ogni ohm in più di resistenza si ha un incremento di 1 mV
nella distanza tra le soglie, quindi di 1
centesimo di pH. Perciò salendo dagli
attuali 5,6 a 22 Ohm il “range” si estende di due decimi di pH, ovvero tra 6 e
6,2 oppure tra 5 e 5,2.
Nel regolare il trimmer ci si può aiutare con il voltmetro elettronico: spostando il deviatore S1 sul nodo R9/R22 è
infatti possibile visualizzare direttamente sul display il pH limite al quale
deve intervenire l’erogatore (soglia pH
massima).
Normalmente il sistema è tarato in
modo che a riposo il piedino 2 dell’U2
sia più positivo del 3, e che il 6 sia positivo rispetto al 5, cosicché le uscite di
U2a ed U2b stiano entrambe a zero
logico; in tali condizioni U2c ed U2d
hanno l’ingresso invertente polarizzato
con circa 1 V, quindi i piedini 14 ed 8
restano anch’essi a livello basso. Il
fotoaccoppiatore U3 è pertanto spento,
e così pure il triac TR1. Naturalmente a
patto che il pH rilevato dalla sonda sia
compreso tra il minimo ed il massimo,
valori tra i quali, con l’attuale R9, si
discostano di appena 5 centesimi: perciò imponendo un massimo pH di 8 la
zona di inattività si ha finché la tensione nel punto T.P. 2 rimane sotto gli 805
mV. Vediamo dunque cosa accade qualora il pH tenda a salire oltre 8, il
potenziale sui pin 3 e 6 dell’U2 aumenta oltre 805 mV: a circa 805 mV il piedino 2 diviene negativo rispetto al 3 e
U2b commuta lo stato della propria
uscita ponendolo ad 1 logico; l’uscita
dell’U2a resta a zero. In queste condizioni l’ingresso non-invertente del
comparatore U2c è polarizzato con un
potenziale maggiore di quello dovuto
al partitore R3/R4, ed il pin 14 commuta da 0 ad 1, eccitando l’U2d: infatti il
livello alto portato al piedino 10 forza
allo stato 1 anche l’8, grazie al fatto che
T2 resta interdetto poiché l’uscita di
U2a è a zero.
Tramite R2 viene alimentato il fotoaccoppiatore U3, il cui dispositivo d’uscita è un fototriac e si attiva andando in
conduzione tra i pin 6 e 4, ed alimentando così il circuito di gate del TR1:
questi passa in stato di “on” e lascia
scorrere la corrente nel carico, ovvero
LA NOSTRA SONDA
ed U2b, contenuti nell’integrato U2 (il
secondo dei due quadrupli operazionali usati nel progetto) che insieme realizzano un unico comparatore a finestra
di tensione. Il transistor T1 fa da generatore di corrente costante e serve a
dare il riferimento ai piedini 2 e 5: il
primo è a potenziale maggiore, e costituisce la soglia superiore (soglia pH
massima) mentre il secondo è ad un
livello minore (soglia pH minima). Con
il trimmer R24 si abbassano e alzano
entrambi i valori spostando perciò il
punto di intervento dell’erogatore di
CO2. Variando il valore della R9 possiamo invece scegliere la distanza tra le
due soglie, ed imporre ad esempio che
il pH debba restare tra 7 ed 7,05, oppure tra 7 e 7,1: a tal proposito rammenElettronica In - ottobre ‘99
Ciò che permette la misura del pH è una particolare sonda da immergere nella
soluzione (il pH si definisce appunto in soluzioni acquose, dato che in esse si manifesta l’azione degli ioni d’idrogeno o idrato) e costituita sostanzialmente come una
pila, formata perciò da due elettrodi uniti da un elettrolita; in commercio esistono
diversi modelli, distinguibili in ripristinabili e non-ripristinabili. La differenza
sostanziale sta nel fatto che in quelle del primo tipo l’elettrolita mantiene le sue
proprietà una volta estratto dalla soluzione, mentre in quelle del secondo le perde.
Insomma, la distinzione tra le due si fa in base al fatto che la prima può essere
(dopo un accurato lavaggio in acqua distillata) riutilizzata per misure in altri composti, mentre la seconda “memorizza” un certo pH e non cambia più il suo stato.
Solitamente una sonda ripristinabile usa come elettrolita una gelatina, nella quale
si trovano immersi gli elettrodi e che, sul fondo del bulbo che la contiene, entra in
contatto con gli ioni della soluzione in cui viene immerso il tutto; ciò grazie al particolare vetro osmotico di cui è composto l’involucro, che si lascia oltrepassare dall’esterno verso l’interno, evitando la fuoriuscita o lo scioglimento del gel. Per il
nostro progetto abbiamo impiegato una sonda della Hanna Instruments, fatta più
o meno come appena spiegato, che esternamente si presenta come una provetta di
vetro (è un materiale neutrale e inattaccabile da acidi e basi...) lunga e stretta contenente al suo interno un cilindro concentrico: dentro quest’ultimo, che termina
sul fondo con il predetto bulbo permeabile dagli ioni, si trova una soluzione campione che rimane inalterata; in mezzo vi è un elettrodo. All’esterno, entro il contenitore, c’è la soluzione nella quale è immerso un particolare elettrodo di argento/cloruro d’argento, che viene anch’essa in contatto con gli ioni all’esterno grazie ad una superficie porosa che assicura la necessaria connessione con la cella
campione interna. Tra l’elettrodo interno e quello esterno viene dunque prodotta
una piccola differenza di potenziale, che può essere compresa da un minimo di 400 mV ed un massimo di 400 mV, rispettivamente in corrispondenza del minimo
(0) e del massimo (14) pH rilevabile. Immergendo il bulbo in una soluzione neutra non vi è tensione (0 mV).
53
grato U7: con i 12 V funziona il modulo voltmetro LCD.
IN PRATICA
porta la tensione di rete ai capi del condensatore di filtro C1, e da esso ai morsetti a cui si collega l’elettrovalvola
dell’erogatore di CO2. Se usate il pHmetro in un acquario viene perciò rilasciata l’anidride carbonica, fino a quando il pH non raggiunge la soglia minima; invece, se adoperate lo strumento
da solo potete gestire, con l’apposita
uscita, un segnalatore di allarme. La
situazione descritta rimane immutata
fino a quando il pH non si abbassa a
meno di 8, giacché l’isteresi che caratterizza il blocco di comparatori impedisce che U2c ed U2d tornino a riposo
anche se U2b ripone la propria uscita a
livello basso (soglia superiore=pH
minore di 8). Infatti in tal caso prevale
comunque l’effetto del D1, che riporta
buona parte del potenziale del piedino
14 al 12, lasciando perciò eccitato U2c;
l’unico modo per disinnescare quest’ultimo è mandare in saturazione T2,
cosa che accade solamente se U2a
commuta, ovvero quando il pH si
abbassa a meno di 8. Vediamo perché:
scendendo il potenziale sui piedini 3 e
6 dell’U2 ricommuta per primo U2b,
poiché il livello di riferimento dato dal
collettore del T1 supera la tensione del
pin 3; se poi il 6 diviene negativo
rispetto al 5 (perché la sonda rileva pH
minore di 8...) il 7 dell’U2a commuta
da 0 ad 1 logico, polarizzando fino alla
saturazione la base del T2, il cui collettore va praticamente a massa e cortocircuita l’anodo del diodo D1, che perciò non può più mantenere allo stato
alto il pin 12. Quindi l’uscita del comparatore U2d torna a zero e vi resta fintantoché il pH non risale oltre 8,05;
viene tolta l’alimentazione al fotoac54
coppiatore U3, il cui fototriac di uscita
si interdice e lascia interdire anche
TR1, cosicché i morsetti di uscita non
ricevono più i 220 volt. L’eventuale
erogatore di CO2 o il segnalatore si
spengono. Da adesso, se il livello del
pH torna maggiore di 8 ma non supera
8,05, U2a ripone la propria uscita a
livello basso, lasciando interdire T2,
ma U2d non è più eccitato perché U2b
ha il piedino 1 a zero logico.
Quanto detto descrive nel complesso il
funzionamento del sistema di comando
dell’eventuale erogatore di anidride
carbonica necessario negli acquari.
Prima di passare a vedere come si
costruisce e si impiega il nostro apparecchio, spendiamo quattro parole
anche sul blocco alimentatore, al quale
è richiesto di ricavare una tensione
duale di ±5 volt ed una singola di 12
volt, entrambe in continua. Lo scopo è
raggiunto con il trasformatore TS1,
avente primario da 220V/50Hz e due
secondari, di cui uno a presa centrale e
l’altro singolo. Dal primo il ponte a
diodi PT1 ricava una tensione duale
continua, livellata e filtrata da C6/C7 e
C10/C11; sui rami positivo e negativo
vi sono i soliti regolatori integrati che
consentono di ottenere rispettivamente
+5V e -5V ben stabilizzati e destinati al
funzionamento degli operazionali e
della logica “a scatto” relativa al
comando dell’erogatore di CO2.
Il secondo ponte, PT2, raddrizza la tensione alternata fornita dal secondario
singolo del trasformatore TF1, quindi
porta i relativi impulsi sinusoidali ai
capi di C21 e C22, che li convertono in
una differenza di potenziale continua
fissata poi a 12 volt dal regolatore inte-
Bene, concludiamo qui la parte teorica
ed occupiamoci di come si costruisce il
pH-metro, partendo dalla prima fase
che, al solito, prevede la preparazione
del circuito stampato: anzi, i circuiti
stampati, visto che stavolta ne servono
uno per l’alimentazione ed uno per lo
strumento vero e proprio. Comunque
sia, il procedimento è lo stesso: ricorrete alla fotoincisione ricavando le pellicole occorrenti da buone fotocopie su
carta da lucido delle tracce lato rame
illustrate in queste pagine a grandezza
naturale. Incise e forate le basette, partite montando le resistenze e i diodi
(attenzione alla fascetta di questi ultimi: indica il catodo) e poi i trimmer e
gli zoccoli per gli integrati dual-in-line.
Procedete infilando e saldando i transistor, badando di orientarli come
mostra l’apposito disegno di montaggio, quindi fate lo stesso con i tre regolatori integrati 7805, 7905 e 7812 (U5,
U6, U7).
Disponete i due ponti raddrizzatori
come mostrano le figure, e poi inserite
i condensatori prestando attenzione
alla polarità degli elettrolitici. Non
dimenticate il trasformatore di alimentazione, che deve essere da 6 VA, del
tipo per circuito stampato con i terminali disposti allo stesso modo del
nostro, ed avere un secondario semplice da 12 volt ed uno a presa centrale da
almeno 9+9 Vac. Montate via-via quello che serve a completare i due circuiti,
senza dimenticare i ponticelli di interconnessione.
Riguardo al modulo del voltmetro,
consigliamo di mettere l’ICL7106 su
un apposito zoccolo da 20+20 piedini,
quindi di prendere, da uno zoccolo analogo, due strisce da 20 pin l’una e saldarle nelle piazzole riservate ai contatti
del display: ciò consente un facile e
rapido montaggio dell’LCD, che dovrà
stare alloggiato sopra l’integrato driver
U4, come mostra il disegno in queste
pagine. Perché tutto funzioni bene è
importante ricordare che il punto indicante il pin 1 del display deve essere
nella direzione opposta a quella nella
quale è orientato l’1 dell’ICL7106. Per
facilitare le connessioni di rete, del
Elettronica In - ottobre ‘99
carico (LP) e della sonda, utilizzate
apposite morsettiere bipolari a passo 5
mm, da saldare ciascuna in corrispondenza delle rispettive piazzole; nei
morsetti 220 Vac stringete i capi di un
cordone di alimentazione terminante
con una spina di rete, e per collegare tra
loro le due schede usate un pezzetto di
piattina a 6 fili: due servono per + e - 5
volt, uno per la relativa massa, uno per
il +12V, il quinto per la sua massa di
riferimento, ed il sesto per l’A.
E’ necessario che rispettiate i collegamenti, altrimenti il pH-metro non può
funzionare: ricordate in particolare di
non unire la massa dell’alimentatore a
12 volt con quella del ±5V, poiché le
due sono distinte e separate devono
giungere alla scheda principale. Perciò
portate il filo del +12V dell’alimentatore al +12V del circuito principale, il
negativo (cioè quello subito vicino) al
corrispondente della scheda base;
insomma, unite ogni punto con il corrispettivo, cioè massa con massa, +5V
con +5V, -5V con -5V, e A con A.
A proposito di A, tale connessione non
risulta nello schema elettrico perché di
fatto è presente solamente in pratica,
dato che riguarda il fotoaccoppiatore
U3 sistemato, per ragioni di sicurezza e
per avvicinarlo alle piste della rete 220
V, nella basetta d’alimentazione: serve
insomma per unire la resistenza R2 al
pin 1.
Finite le saldature infilate gli integrati
nei rispettivi zoccoli, badando di orientarli come indicato nelle illustrazioni, e
poi procuratevi la sonda di test necessaria alla taratura; per ora lasciate in
parte la vera sonda, che collegherete in
un secondo tempo.
COLLAUDO E TARATURA
Appoggiate i circuiti su di un piano in
materiale isolante e poi infilate la spina
del cordone in una presa di rete, quindi
realizzate con cablaggio “volante” la
semplice sonda di test secondo lo schemino illustrato in queste pagine: connettete i capi OUT ai morsetti SONDA
PH, rispettando la polarità (+ con + e con -) ed all’ingresso collegate una
presa polarizzata per pile, applicandovi
poi una batteria a secco da 9 volt. Così
potete disporre, regolando opportunamente il trimmer, di una tensione continua da 0 a 300 millivolt, che corriElettronica In - ottobre ‘99
spondono ad una variazione del pH da
7 a circa 2. Attendete una decina di
minuti da quando avete acceso il circuito, dopodiché potete iniziare le
regolazioni; nel frattempo disponete S1
in posizione di lettura pH (cursore sull’estremo collegato al nodo R13/R21) e
portate i cursori di tutti i trimmer a
metà corsa. Quindi applicate il puntale
positivo di un tester, disposto alla misura di tensioni continue con fondo-scala
di 2 volt, sul punto T.P. 2, ed il negativo a massa. Adesso ruotate tutto sul - il
cursore del trimmer della sonda di test,
fino ad avere 0 V tra i morsetti SONDA
PH, e verificate che il tester indichi
circa 700 mV; non preoccupatevi troppo se risulta un valore diverso, perché
dopo lo aggiustate. Poi leggete quello
che indica il display DIS1: se non è
uguale a quanto visualizzato dal tester,
agite sul cursore dell’R30 fino ad uguagliare le letture.
Così siete certi di aver tarato il voltmetro digitale, che da questo momento è
affidabile e può sostituire il multimetro, che pertanto potete collegare con il
puntale + al TP1, per poter tarare l’interfaccia d’ingresso. Ah, notate che
l’LCD esprime i valori con il punto
decimale in mezzo, cioè tra il secondo
ed il terzo digit: pertanto 700 mV li
mostra come 70.00. Non dimenticatelo,
altrimenti è facile cadiate in confusione. Procedete e registrate il trimmer
R12, fino a rilevare sul quadrante dello
strumento 400 millivolt, ovvero l’offset
necessario al buon funzionamento della
sezione amplificatrice; a questo punto
ritoccate, se serve, la posizione del cursore di R23, al fine di veder apparire
sul display DIS1 esattamente 700 mV
(cioè [0mV+400mV]x1,75=700mV)
nella forma 70.00. Con questo il pHmetro è tarato alla perfezione e pronto
per l’uso; tuttavia, se pensate di adoperarlo in un acquario ed abbinarlo ad un
erogatore elettrico di CO2, bisogna che
impostiate anche la soglia di programmazione. Allo scopo staccate la spina
dalla presa di rete, rimuovete il tester
(non serve più...) e collegate una lampadina da 220V, 25 o 40 watt, provvista
di portalampada, ai morsetti LP, quindi
riaccendete il circuito; spostate il
deviatore S1 nell’altra posizione (nodo
R9/R22) in modo da leggere il pH a cui
deve scattare l’attuatore. Ora agite
sull’R24 (soglia pH) regolandolo fino a
leggere sull’LCD il valore di 5.00, e
poi ruotate lentamente il cursore del
trimmer della sonda di test verificando
che quando DIS1 indica 5.05 si accenda la lampadina-spia; diminuite dunque la tensione della sonda, ruotando il
cursore nel verso opposto molto lentamente, e verificate che la stessa lampada si spenga più o meno in corrispondenza del valore di partenza (5.00). E’
accettabile uno scarto di ±0.01 (1 centesimo). Da questo momento il circuito
è tarato a sufficienza, anche se ripetere
il ciclo, per verificare che qualche
regolazione non sia stata alterata dalle
altre, sarebbe buona cosa; ad ogni
modo potete pure staccare l’alimentazione e la lampadina usata per la prova,
quindi pensare a chiudere il tutto in un
apposito contenitore, badando che sia
stagno se pensate di porre il pH-metro
vicino all’acqua. Quanto alla sonda,
potete scegliere quella ripristinabile
distribuita dalla RS, oppure quella prodotta dalla Hanna Instruments (mod.
55
Il sistema di erogazione del CO2 comprende una bombola con il gas liquefatto
(a circa 50 atmosfere), un manometro, un riduttore di pressione, una
elettrovalvola (attivata dal nostro circuito) ed un diffusore completo
di valvola di non ritorno.
HI-1230): in entrambi i casi siamo certi
che tra i fili d’uscita l’escursione della
tensione è quella desiderata, cioè (lo
ricordiamo) tra circa 400 mV positivi a
pH=0, e 400 mV negativi con pH=14.
Dopo averla estratta dall’involucro protettivo, riponetela con delicatezza nel
luogo dove deve operare, quindi connettete il cavetto ai morsetti SONDA
PH della scheda base. Così è tutto
pronto per l’uso.
IL DIFFUSORE DEL CO2
Per diffondere automaticamente anidride carbonica nell’acquario e quindi
regolare il pH senza alcun intervento
manuale, bisogna utilizzare l’uscita di
comando LP in modo che il triac azioni e stacchi l’impianto di diffusione.
Questo è composto da una bomboletta
ricaricabile di CO2 contenente solitamente 300 g di gas liquefatto alla pressione di 60 bar; all’uscita vi sono un
manometro, un riduttore di pressione
con rubinetto microregolatore, ed una
elettrovalvola a 220 volt normalmente
chiusa. La bombola va tenuta al riparo
dalla luce del sole e da fonti di calore;
in ogni momento potete sapere sé piena
o vuota guardando la pressione indicata dal manometro. A proposito di pressione, il riduttore la riduce a circa 1 bar,
valore facilmente controllabile dall’e56
lettrovalvola. Per quanto riguarda il
collegamento, montate sempre il gruppo manometro/riduttore/valvola senza
stringere eccessivamente per non
deformare la guarnizione di tenuta,
quindi collegate all’uscita una cannuccia del tipo di quelle utilizzate per l’aeratore, inserendo magari una valvola di
non ritorno all’estremità in acqua se la
bombola di CO2 è posta sotto l’acquario; la cannuccia deve andare in basso,
all’interno dell’acquario, e magari è
utile farla terminare con un diffusore
del tipo di quello adoperato per l’aria.
Il diffusore è molto importante perché,
se mancasse, l’anidride carbonica uscirebbe a grosse bolle, salendo in superficie e disperdendosi nell’aria senza
sciogliersi in acqua; il diffusore, inve-
ce, la riduce in microbollicine che si
sciolgono nell’acqua. Per il collegamento elettrico, il lavoro è molto semplice: prendete un pezzetto di cavo da
rete, isolato e bipolare, e connettete i
due fili di un capo ai morsetti LP (uscita del triac) e quelli del lato opposto ai
contatti dell’elettrovalvola; la polarità
non importa.
Ultimato il cablaggio e controllato che
sia tutto a posto, fissata la bomboletta,
alimentate il pH-metro ed aprite il rubinetto; appena scatta il comando ed inizia l’erogazione di anidride carbonica
controllate che dal fondo escano le bollicine, e che il pH nell’acqua scenda al
valore impostato. Allo scopo è necessario che l’S1 sia spostato in misura normale (sul TP 2).
ANCHE IN SCATOLA DI MONTAGGIO
Il circuito di misura del pH è disponibile in scatola di montaggio
(cod. FT301) al prezzo di 118 mila lire. Il kit comprende tutti i
componenti, i circuiti strampati, il trasformatore di alimentazione
e le minuterie. Non sono compresi il contenitore, la sonda ed il
sistema di erogazione del CO2 (bombola, manometro, riduttore di
pressione e diffusore). La sonda della Hanna Instruments utilizzata nel nostro progetto costa 160.000 lire. Tutti i prezzi sono comprensivi di IVA. Il materiale va richiesto a: Futura Elettronica, V.le
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E
ra inevitabile: dopo esserci addentrati nell’avvincente mondo della nuova telefonia e dell’integrazione fonìa/dati, una volta attivato anche nel nostro
paese il sistema di identificazione del chiamante, era
giocoforza sfruttare questa opportunità per sviluppare
con questa tecnica nuove ed interessanti applicazioni. E
come tutte le cose inevitabili, dopo il primo progetto di
identificatore da abbinare al PC proposto il mese
scorso, il circuito di questo mese viene
da sé, ed altri ancora si susseguiranno nei prossimi fascicoli nei
quali vedremo di
farvi trovare idee
sempre nuove ed
all’avanguardia. Per
ora fermiamoci ad
un’applicazione forse
un po’ specializzata, ma
che consente ancora di
sfruttare l’ID telefonico, sia
pure senza visualizzarlo: si
tratta in sostanza di una sorta
di chiave che, collegata alla
linea
come qualunque telefono, si attiva ricevendo una chiamata, verifica il numero di chi chiama, e se trova che
questo sia tra i 4 possibili memorizzati attiva un relè; in
tal modo consente di gestire carichi ed apparati di varia
58
natura. Ma non solo, perché incorpora anche un trasmettitore da radiocomando codificato ad alta portata,
operante in UHF a 433,92 MHz, con il quale è possibile attivare a distanza qualsiasi utilizzatore collegato ad
un ricevitore standard con ugual decodifica. Abbiamo
quindi
realizzato un riconoscitore di numeri
telefonici che può essere destinato
ad un’infinità di applicazioni, tra
le quali possiamo citare il controllo dell’impianto di riscaldamento della casa di vacanza, l’attivazione/spegnimento di una centralina
d’allarme, il comando
locale di un automatismo, un macchinario, o di equipaggiamenti elettronici di
vario genere. Nell’ambito
della sicurezza, il circuito consente quando andiamo in vacanza - di accendere
ogni tanto le luci di casa simulando la presenza di
qualcuno all’interno dell’abitazione. Inoltre, collegando l’apparecchio alla linea e memorizzando, con un po’
di astuzia, fino a 4 numeri a cui non si vuole rispondere, è possibile, nel normale utilizzo, fare in modo che il
relè attivi una suoneria capace di dirci che sono loro, e
che quindi non dobbiamo sganciare. Al contrario, si
Elettronica In - ottobre ‘99
Collegata alla linea
telefonica, all’arrivo di
ogni chiamata verifica
l’ID ricevuto attivando un
relè se il numero è tra
quelli memorizzati;
aziona anche un
trasmettitore radio
codificato (a 433,92
MHz) con il quale è
possibile comandare a
distanza varie
apparecchiature.
Autoapprendimento
dell’ID con una capacità
massima di 4 numeri.
possono registrare 4 numeri ai quali si desidera rispondere sempre, escludendo gli altri. Sfruttando il radiocomando incorporato si estendono le proprietà del dispositivo: ad esempio, se si lavora all’interno o nelle immediate vicinanze di un grande edificio, di un capannone,
o subito al loro esterno, si può portare con sé un microrocevitore (es. quello proposto per il cercapersone del
fascicolo
n°
18...) con decod i f i c a
MM53200/
UM86409
e
sezione radio a
433,92 MHz, per
ricevere l’avviso
che stanno chiamandoci determinate persone
alle quali riteniamo sia prioritario
rispondere. In
pratica,
se
vogliamo renderci subito reperibili durante le chiamate
di certe persone, memorizzandone preventivamente i
numeri possiamo sapere se “prendere” tassativamente
la telefonata oppure lasciar suonare il telefono e provvedere più tardi. Naturalmente gli impieghi sono molteplici, e quelli descritti non sono che una piccola parte,
Elettronica In - ottobre ‘99
quelli che ci vengono in mente ora. Certi che ognuno di
voi saprà trovare la migliore applicazione per le proprie
esigenze, passiamo subito a vedere in cosa consiste il
dispositivo, riferendoci allo schema elettrico illustrato
in queste pagine. Il circuito impiega l’integrato Mitel
MT8843 nella configurazione che abbiamo già visto,
interfacciandolo stavolta con un microcontrollore
PIC16C84
al
quale è affidato il
compito
di
gestirne le funzioni, registrare
4 numeri acquisiti a scelta, e
provvedere, qualora giunga una
chiamata
da
almeno uno di
essi, a comandare un apposito
relè del quale si
può sfruttare uno
scambio per pilotare un generico utilizzatore e l’altro
per accendere il trasmettitore del radiocomando.
Diciamo per prima cosa che il dispositivo funziona a
riposo con tutti i componenti attivi spenti, e poiché in
tali condizione assorbe pochi microampère, la corrente
di power-down è ricavata dalla linea telefonica
59
schema elettrico
mediante un’apposita rete che prevede
il ponte a diodi (necessario a dare sempre la stessa polarità, indipendentemente da quella del doppino) la resistenza R16, il diodo D10 ed il condensatore elettrolitico C11; lo zener DZ2
limita l’ampiezza degli impulsi che si
vengono a trovare ai capi del C11 in
presenza dell’alternata di chiamata, e
stabilizza comunque la tensione a 5,1
volt.
Dunque, a riposo, il circuito preleva
quel che gli serve dal catodo del DZ2.
L’interfaccia verso la linea telefonica
prevede due distinte sezioni, entrambe
disaccoppiate galvanicamente allo
scopo di separare il doppino dalla
massa del circuito, evitando il trasferimento di interferenze che non farebbero certo bene al microcontrollore. Una
sezione, quella utilizzata per prelevare
la fonìa, impiega un trasformatore
60
d’accoppiamento telefonico 1:1 che dal
secondario porta il segnale digitale
FSK verso i piedini 1 e 2 (IN+ ed IN-)
dell’MT8843, passando dalla rete di
protezione.
Quest’ultima serve ad evitare che,
durante le chiamate, l’alternata (da ben
80 Veff.) passi attraverso il trasformatore (che è un 1:1) e raggiunga il chip
danneggiandolo: allo scopo i diodi D1,
D2, D3, D4 tagliano le tensioni maggiori di 0,6 volt, aiutati dalle resistenze
R1, R2, R3 ed R4, che assicurano in
ogni situazione la necessaria limitazione della corrente. L’isolamento in continua per TF1 è garantito da C1 sul primario (lato linea) e da C2 e C3 sul
secondario.
Quanto al ring-detector formato dai
diodi D6, D7, D8 e D9, e dal fotoaccoppiatore 4N25, serve per triggerare
l’MT8843 facendo “svegliare” l’intero
circuito che, dopo l’accensione ed al
termine di ogni ciclo di lavoro, si riporta in power-down assorbendo pochi
microampère.
Va dunque osservato che l’attivazione
del chip Mitel non è ottenuta nel modo
tradizionale consigliato dalla casa,
bensì con un particolare artificio frutto
di una progettazione raffinata e finalizzata ad un unico obbiettivo: ridurre al
minimo il consumo del circuito, soprattutto quando non è usato.
Praticamente il tutto funziona così: a
riposo il micro si trova in modalità
“sleep” (a ciò provvede l’ultima istruzione software di ogni ciclo di funzionamento) e non fa girare alcun programma; il piedino 1 è lasciato fluttuante ed assume l’1 logico, così il
Power Down (pin 14) dell’MT8843 è
attivato, ed anche questo componente è
spento. L’unica sezione sempre attiva è
Elettronica In - ottobre ‘99
la logica che, ricevendo l’apposita
segnalazione sul piedino TrigIn (6)
producendo un impulso sull’8
(TrigOut): perciò, quando arriva una
chiamata, la relativa alternata presente
tra i due fili della linea raggiunge il
ponte raddrizzatore formato da
D6÷D9, tramite il condensatore di
blocco C7 (esso serve ad isolare in continua il ring-detector, evitando che il
fotoaccoppiatore si attivi anche a riposo) e gli impulsi che ne derivano vengono “cimati” dal diodo Zener DZ1,
quindi alimentano il led interno al
4N25 (collegato tra i pin 1 e 2). Di conseguenza il fototransistor di uscita va in
piena conduzione ed il potenziale del
piedino 4 sale a circa 5 volt, presentando l’1 logico al pin 6 (TrigIn)
dell’MT8843. Dall’8 esce un impulso a
livello basso ricavato dalla logica di
rilevamento del trigger, trasferito ai pin
Elettronica In - ottobre ‘99
4 e 17 dell’U2 tramite la resistenza
R14; così facendo il microcontrollore
viene resettato (al pin 4 corrisponde
appunto il reset del chip) e riprende ad
eseguire il programma dalla prima
istruzione: si risveglia e svolge le operazioni del caso, seguendo l’impostazione dei dip-switch e del pulsante P1.
La prima operazione, dopo l’inizializzazione ed attribuzione degli I/O,
riguarda il ripristino dell’alimentazione
normale, che qui è ricavata con una pila
a secco da 9 volt (meglio se alcalina...)
inserita con il positivo sulla linea del
+5V mediante R15 e D11: quando il
micro viene risvegliato porta a livello
alto il proprio piedino 6, polarizzando e
mandando in conduzione la rete composta da T3 e T1: quest’ultimo transistor funge da interruttore sulla linea
positiva consentendo alla tensione fornita dalla pila di alimentare l’intero cir-
cuito. Da questo momento e fin quando
il PIC non esegue l’ultima istruzione,
T1 consente che sia la pila a “reggere le
sorti” dell’intero circuito, ovvero ad
alimentare eventualmente anche il relè
ed il modulo trasmittente del radiocomando. Fatto questo il microcontrollore pone a livello basso il proprio piedino 1, portando a zero logico il 14 (PD)
e disattivando il Power Down
dell’MT8843 che adesso viene acceso
e può svolgere il proprio compito, consistente nel rilevare dalla linea telefonica, mediante i piedini 1 e 2 e l’apposita interfaccia, la stringa di dati contenente i 3 treni di impulsi relativi al
“risveglio” (funzione di Tone Alert, che
però non usiamo) al sincronismo, ed
alle informazioni identificative vere e
proprie. Per il formato ed il contenuto
del treno di impulsi inviato dalla centrale telefonica rimandiamo all’articolo
61
IL PROTOCOLLO
L’identificativo telefonico, introdotto in Italia da pochi mesi, è una
complessa stringa di dati che viaggia lungo la linea telefonica quando
giunge una chiamata, esattamente
tra il primo ed il secondo squillo.
Durante la chiamata dalla centrale
viene inviata una tensione alternata
di 80 Veff della durata di circa 1,5
secondi con una pausa di 4,5 secondi: bene in questa pausa, più o meno
250 ms dopo il termine del primo
ring, viene spedito il blocco di dati
contenente l’ID. La comunicazione
avviene in FSK, come per i modem,
secondo lo standard V23 CCITT (in
U.S.A. si segue il Bell 202...): ogni
stringa contiene tre gruppi di dati,
dei quali il primo serve per triggerare i circuiti di Tone Alert dei dispositivi integrati dedicati a tale applicazione, il secondo è per il sincronismo, e l’ultimo contiene le informazioni significative ed è - nel nostro
caso - l’unico a venire elaborato. E’
composto solitamente da 28 byte o
caratteri (ogni byte misura 8 bit,
quindi esprime un valore decimale
tra 0 e 255) e comincia con un 80
esadecimale che comunica il formato (per ora esiste solo questo: in
futuro è possibile che sulla linea
viaggino altre informazioni, e perciò
si usino altri caratteri per distinguerle) ovvero Data, Ora, e ID del
chiamante. Il secondo esprime il
numero di caratteri che mancano
alla fine, che solitamente è 23 quando l’ID è disponibile: quindi con 23
la stringa è lunga al massimo 24
byte. Seguono poi altri due caratteri,
normalmente 01 e 08 (sia decimali
che esadecimali) che indicano la
presenza, nella stringa, dei dati di
data ed ora, ed il numero di cifre che
li compongono (08): se mancano
data ed ora non vi è 01 e nemmeno
08 (e la stringa misura 2 caratteri in
meno). Ad esempio l’informazione
08071615, significa che il messaggio è arrivato l’8 di luglio (mese 7)
alle 16:15: il tutto occupa appunto 8
caratteri. Considerato che normalmente tutte queste informazioni vengono sempre inviate, i relativi carat-
62
teri sono sempre presenti e comunque
gli stessi. Abbiamo poi l’informazione
vera e propria su data ed ora, quindi i
numeri che la esplicitano (08071615,
secondo l’esempio fatto poc’anzi).
Subito dopo vi sono due caratteri indicanti la presenza o assenza dell’identificativo del chiamante, e la quantità
di cifre da cui è composto: per il
primo 02 vuol dire ID presente e 04,
ID non disponibile; per il secondo
solitamente si ha 09 (9 cifre) 0A (10
cifre) 0B (11 cifre) ecc. L’indicazione,
espressa in forma binaria, riguarda il
corrispondente esadecimale. Segue il
numero vero e proprio. Notate che
qualora il numero di provenienza non
sia disponibile (ad esempio perché chi
chiama disabilita l’invio dell’ID com-
ponendo 1793 -per i telefoni funzionanti ad impulsi- o *67# da quelli in
DTMF, prima di comporre il numero)
al posto del carattere indicante le
cifre esce 01, che significa che il
numero è composto da un solo carattere, corrispondente a 70 esadecimale
(112 decimale) che nella tabella
ASCII equivale alla lettera P
(Private).
L’ultima byte è il checksum, e serve al
dispositivo identificatore per confrontarlo con quello calcolato sui dati
ricevuti per verificare la correttezza
della stringa acquisita: se i due combaciano la ricezione è OK, mentre in
caso contrario non viene considerato
e non esce alcuna informazione da
visualizzare.
Elettronica In - ottobre ‘99
pubblicato nel precedente fascicolo di
Elettronica In. In queste pagine ci limitiamo ad esaminare le varie fasi del
funzionamento dando per scontato la
conoscenza, almeno a sommi capi, del
protocollo. Il segnale giunge in forma
di nota modulata in frequenza (FSK)
secondo lo standard CCITT V23 (per
l’Europa e l’Italia; in U.S.A. viene
invece adoperato lo standard Bell 202)
con 0 corrispondente a 2200 Hz ed 1
equivalente a 1300 Hz. L’MT8843 dispone internamente di un filtro complesso ed un demodulatore di frequenza
capace di estrarre gli impulsi digitali,
che poi manda al piedino 17 (Data). Da
esso le informazioni raggiungono il
microcontrollore al pin 18, designato
come input dei dati: il software provvede a gestirle in base all’impostazione
dei dip-switch. Analizziamo per prima
cosa quello che avviene nella modalità
normale, cioè quando il circuito viene
utilizzato come chiave.
All’arrivo dei dati demodulati dal chip
Mitel, il PIC li acquisisce e, nota la loro
struttura, scarta la parte contenente
data ed ora “processando” soltanto il
numero telefonico vero e proprio;
come primo passo va a vedere se il
numero è effettivamente presente, poiché se in una chiamata l’ID è escluso,
non inviabile o riservato, le successive
procedure sono inutili. Dunque, seguiamo ordinatamente le varie fasi: giunto
il primo dato ed accertato che sia 80
hex (codice corrispondente al messag-
A riposo il circuito assorbe
qualche microampere e viene
alimentato dalla linea telefonica
mentre durante i pochi secondi di
attivazione che fanno seguito ad
una chiamata è una batteria a 9
volt a garantire l’alimentazione.
gio ID) si attende la seconda parte,
indicante in esadecimale il numero di
caratteri che compone la stringa (ciascun carattere è composto da 8 bit, ed è
esprimibile in binario da 0 a 256, ed in
esadecimale da 00 ad FF); solitamente
troviamo 16 hex (22 caratteri) o 17hex
(23 caratteri). Questo dato viene mantenuto in RAM per la verifica finale
necessaria ad accertare l’integrità e la
correttezza della decodifica. Si ignorano invece i 2 caratteri seguenti, indicanti la disponibilità (01) della data e
dell’ora e la lunghezza del rispettivo
blocco di impulsi (normalmente 08=8
caratteri). Di seguito arrivano altri due
caratteri, dei quali il primo ci dice se il
numero telefonico del chiamante è disponibile (02 esadecimale) o non presente (04 hex) ed il secondo la lunghezza, ovvero le cifre che lo compongono, compreso il prefisso: anche questi vanno in RAM. Chiaramente se il
numero non è disponibile la lunghezza
è 01, perché al suo posto il protocollo
prevede un’unica cifra (70 hex) che
L’IMPOSTAZIONE DEI DIP-SWITCH
Nella scheda sono montati due dip-switch ed un pulsante da circuito stampato che consentono di impostare i vari
modi di funzionamento: in base a come li trova, il microcontrollore esegue la relativa routine. Siccome essi vengono letti nel momento in cui avviene il “risveglio”, cioè all’arrivo di una chiamata in linea, le operazioni di memorizzazione o cancellazione di un numero, e di cancellazione totale della memoria, si svolgono esclusivamente telefonando al numero al quale è collegato il dispositivo, utilizzando indifferentemente un cellulare o un telefono di
rete fissa. La tabella chiarisce come vanno impostati i dip a seconda della funzione che desidera ottenere.
S1
S2
P1
FUNZIONAMENTO NORMALE
OFF
OFF
rilasciato
AUTOAPPRENDIMENTO NUMERO
OFF
ON
rilasciato
CANCELLAZIONE NUMERO
ON
ON
rilasciato
CANCELLAZIONE MEMORIA
OFF
OFF
premuto
Elettronica In - ottobre ‘99
63
corrisponde a 112 decimale e che, nella
tabella dei codici ASCII, equivale alla
lettera P (Private=numero riservato).
Se si verifica questa condizione il
microcontrollore sospende l’acquisizione e salta direttamente all’ultima
istruzione, ovvero si pone in standby
portando nello stesso stato l’MT8843:
attende quindi una nuova telefonata,
perché quella in corso non gli serve,
dato che mancando l’identificativo non
può attivare il relè di uscita, né il trasmettitore radio. All’arrivo del ring, il
led verde LD1 si illumina per un breve
periodo e poi, al termine del ciclo, lampeggia rapidamente per 5 secondi
segnalando in questo modo che non è
64
stata effettuata alcuna operazione
significativa. Se invece il numero è presente lo legge, lo mantiene momentaneamente nella solita RAM, acquisisce
l’ultimo carattere della stringa, contenente il checksum, e verifica integrità e
correttezza del messaggio appena ricevuto: in caso negativo termina le operazioni e tutto va in standby attendendo
una nuova chiamata. Anche in questo
caso la fine del ciclo è segnalata dal led
verde che per 5 secondi lampeggia
velocemente. Se, al contrario, il messaggio è a posto (checksum calcolato
sui dati ricevuti uguale a quello in
fondo alla stringa...), confronta il
numero telefonico con quelli preceden-
temente appresi e salvati in EEPROM:
se almeno uno è uguale, il PIC16C84
attiva il proprio piedino 7 ponendolo a
livello logico alto e mandando in conduzione il transistor T2, il cui collettore assume il potenziale di massa e consente l’alimentazione del led LD2 (che
si accende) e della bobina del relè.
Scatta dunque il doppio scambio di
quest’ultimo: la prima sezione costituisce un interruttore disponibile per ogni
applicazione, e capace di lavorare in
circuiti sottoposti ad un massimo di
250 Vac commutando correnti da 5 A
max. La seconda è collegata in modo
da alimentare con la tensione principale il trasmettitore da radiocomando,
Elettronica In - ottobre ‘99
ovvero il modulo ibrido trasmittente e
l’encoder UM86409, per circa 3 secondi. Trascorso questo tempo il piedino 7
torna a livello basso e lascia interdire
T2, cosicché il relè torna a riposo
aprendo i suoi due scambi: l’eventuale
carico viene staccato ed il trasmettitore
(che ormai ha inviato il suo codice)
spento. Tutto il circuito si dispone in
standby: il PIC mette a livello alto il
proprio pin 1 lasciando l’MT8843 in
Power Down, quindi pone a zero logico il piedino 6 e fa interdire il transistor
T1, il quale a sua volta stacca la pila dal
circuito di alimentazione; esegue dunque l’ultima istruzione, che lo manda
in standby. Da questo momento può
essere riavviato soltanto spegnendolo e
riaccendendolo, ovvero resettandolo:
infatti il suo programma Main non gira
in Loop ma, eseguita la routine principale, si arresta con lo spegnimento.
Nella pratica il micro verrà riavviato
dall’arrivo di una nuova telefonata,
allorché il ring-detector provvederà ad
eccitare
l’ingresso
TrigIn
dell’MT8843.
L’APPRENDIMENTO
DEI NUMERI
Naturalmente quanto detto finora vale
se nella memoria del microcontrollore
sono stati preventivamente memorizzati dei numeri, da un minimo di 1 ad un
massimo di 4; diversamente il sistema
non funziona, e ricevendo una telefonata si accende e torna subito in standby.
Ma come si fa a registrare dei numeri,
ovvero quelli con i quali vogliamo che
la chiave venga attivata? Semplice,
passando per un’apposita procedura di
autoapprendimento, facile da svolgere
e completata da alcune opzioni.
Volendo mettere in memoria un numero bisogna chiudere il dip-switch S2
(ON), in modo da porre a zero logico il
piedino (9) a cui è collegato; S1 e P1
devono invece rimanere aperti. In queste condizioni, quando (all’arrivo di
una telefonata) il microcontrollore
viene risvegliato, si predispone ad eseguire la routine di apprendimento anziché quella principale: estrae dunque i
dati dopo il primo squillo, separa il
numero telefonico (che deve ovviamente essere disponibile) controlla il
checksum finale con quello che ha calcolato e memorizza il numero nella
Elettronica In - ottobre ‘99
Particolare degli stadi di attivazione. La nostra chiave con ID dispone
sia di un’ uscita a relè con contatti “puliti”, sia di un trasmettitore
codificato a 433 MHz con una potenza RF di circa 200 mW.
propria EEPROM. Poi, come al solito,
lancia l’istruzione di standby e si spegne, mandando tutto il circuito a riposo. Al termine del ciclo il led verde
lampeggia lentamente 5 volte segnalando così che il numero è stato effettivamente memorizzato. Se il numero è
già presente in memoria o la memoria è
piena il led lampeggia 2 volte.
Ovviamente ciò che viene memorizzato è l’indicativo del telefono dal quale
si è svolta la chiamata, perciò è chiaro
che per memorizzare un numero bisogna telefonare con il corrispondente
telefono: insomma, se chiamiamo con
un apparecchio che ha lo 0331/576139,
il circuito acquisisce e salva lo
0331/576139 (la barra non esiste: è
solo un modo per evidenziare il prefisso). Chiaro il concetto?
Questa procedura può essere ripetuta
quante volte si vuole, con la sola limitazione dovuta alla capienza della
EEPROM: il PIC ospita infatti un massimo di 4 indicativi telefonici; pertanto,
volendo introdurre un nuovo numero
quando già ve ne sono quattro, occorre
cancellarne uno; e come si fa? Anche
qui la cosa è abbastanza semplice, dato
che è stata prevista nel software un’apposita opzione di eliminazione dei
numeri. In pratica basta chiudere (porre
in ON) sia S1 che S2 e fare la telefonata: come al solito il microcontrollore si
risveglia ma, vedendo a zero logico il
piedino 10, avvia la subroutine di cancellazione. E cosa va a cancellare? Ma
naturalmente il numero del telefono
con cui si sta chiamando, a patto che
sia uno di quelli presenti in memoria.
Pertanto se desideriamo eliminare dalla
EEPROM
del
PIC16C84
lo
0331/576139, basta telefonare al
numero della linea a cui è collegata la
nostra chiave, far fare almeno due
squilli e riappendere la cornetta. Il relativo software provvede, dopo il risveglio, ad estrarre il solito ID telefonico,
a controllare il checksum, quindi se
questo è OK cerca in memoria il numero e vede se ne trova uno uguale; in
caso affermativo lo cancella liberando
il posto che così diventa disponibile per
eventualmente acquisire un altro identificativo. La cancellazione del numero
viene evidenziata dal led verde che
65
dal piano di cablaggio ...
COMPONENTI
R1,R2: 470 KOhm
R3,R4: 33 KOhm
R5: 56 KOhm
R6: 68 KOhm
R7: 470 KOhm
R8: 470 KOhm
R9: 470 KOhm
R10: 150 KOhm
R11: 120 KOhm
R12: 100 Ohm
R13: 470 KOhm
R14: 10 KOhm
R15: 220 Ohm
R16: 33 KOhm
lampeggia lentamente per 5 volte mentre 2 lampeggi segnalano che il numero
che si voleva cancellare non è presente
in memoria. Bene, giunti a questo
punto possiamo vedere a cosa serve il
pulsante P1: si tratta dell’Erase, ovvero
del comando hardware con il quale,
volendo, è possibile cancellare l’intero
contenuto della memoria-numeri senza
riguardo per la posizione; insomma,
premendolo il micro elimina tutti gli ID
presenti al momento nella propria
EEPROM, ed anche se giunge una telefonata in quell’istante viene ignorata la
66
R17: 4,7 KOhm
R18: 1 KOhm
R19: 4,7 KOhm
R20: 820 Ohm
R21: 470 Ohm
R22: 4,7 KOhm
R23: 220 KOhm
R24: 15 KOhm
R25: 1 KOhm
C1: 4,7 µF 63VL poliestre
C2: 22 nF multistrato
C3: 22 nF multistrato
C4: 100 nF poliestere
C5: 100 nF multistrato
C6: 100 nF poliestere
relativa stringa di dati. Ah, ovviamente
il pulsante è attivo solo durante la ricezione di una chiamata: pertanto per
cancellare i numeri occorre chiamare la
scheda e, all’arrivo del primo ring, premere P1 e tenerlo premuto per qualche
secondo. La cancellazione di tutta la
memoria è segnalata dal led verde che
lampeggia lentamente 10 volte.
IL RADIOCOMANDO
Eccoci così giunti alla conclusione
dell’analisi dello schema elettrico, che
C7: 330 nF 100VL poliestere
C8: 220 nF multistrato
C9: 100 nF poliestere
C10: 10 nF poliestere
C11: 1000 µF 16VL elettrolitico
C12: 100 µF 16VL elettrolitico
C13: 100 nF multistrato
C14: 100 nF multistrato
C15: 100 nF multistrato
C16: 220 µF 16VL elettrolitico
C17: 470 µF 16VL elettrolitico
C18: 100 pF ceramico
C19: 22 pF ceramico
C20: 22 pF ceramico
D1: Diodo 1N4007
terminiamo osservando brevemente il
trasmettitore radio attivato dal relè ed
utile per controllare a distanza carichi
elettrici di varia natura, ovvero per
segnalare alle persone che portino con
sé un ricevitore tascabile l’arrivo di una
telefonata il cui numero di provenienza
sia tra quelli memorizzati. La relativa
parte di circuito è quella che comprende il codificatore U4, i 12 dip-switch ad
esso associati e raggruppati in due dispositivi da 10 (DS2) e 2 (DS3) elementi, il regolatore 78L05, e l’ibrido U5. Si
tratta di uno schema classico che avreElettronica In - ottobre ‘99
.... al prototipo definitivo
D2: Diodo 1N4007
D3: Diodo 1N4007
D4: Diodo 1N4007
D5: Diodo 1N4148
D6: Diodo 1N4007
D7: Diodo 1N4007
D8: Diodo 1N4007
D9: Diodo 1N4007
D10: Diodo 1N4007
D11: Diodo 1N4007
D12: Diodo 1N4007
DZ1: Diodo zener 5,1V
DZ2: Diodo zener 5,1V
T1: BC557 transistor PNP
T2: BC547 transistor NPN
te certamente visto più volte nelle pagine di Elettronica In, e che spieghiamo a
sommi capi: una volta eccitato il relè, il
suo scambio riservato al radiocomando
porta l’alimentazione principale del
circuito (i +9 volt della batteria) al piedino 15 dell’U5 mediante il filtro composto dall’induttanza L1 e da C15 e
C16; anche il regolatore 78L05 riceve i
9 V, e da questi ne ricava 5 ben stabilizzati che utilizza per far funzionare
U4. Quest’ultimo è un MM53200 o
UM86409 disposto come encoder
(infatti il suo piedino di Mode - il 15 Elettronica In - ottobre ‘99
T3: BC547 transistor NPN
U1: MT8843
U2: PIC16C84-04P
programmato (MF298)
U3: 78L05 regolatore
U4: UM86409
U5: TX433 Boost modulo Aurel
DS1: Dip switch 2 poli
DS2: Dip switch 10 poli
DS3: Dip switch 2 poli
TF1: Trasformatore 1:1 600 ohm
PT1: Ponte diodi 1A
FC1: 4N25 fotoaccoppiatore
Q1: Quarzo 3.58 MHz
Q2: Quarzo 4 MHz
è fisso ad 1 logico) a 4096 possibili
combinazioni, ed una volta alimentato
genera un codice digitale in PPM
(Pulse Position Modulation) che dipende dall’impostazione dei suoi 12 bit di
codifica, ovvero dei piedini 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12; siccome essi sono
assegnati ciascuno ad un dip-switch, è
ovvio che per cambiare il predetto
codice basta settare opportunamente
DS2 e DS3, facendo in modo che poi il
ricevitore da comandare con il TX sia
nella stessa situazione, altrimenti non
potrà identificare la trasmissione. Il
P1: Pulsante quadro da CS
LD1: Led verde 5 mm
LD2: Led rosso 5 mm
RL1: Rele’ 12 Volt 2 scambi
L1: impedenza VK200
BATT: Batteria 9 volt
ANT: Antenna accordata
Varie:
- zoccolo 12 + 12 pin;
- zoccolo 9 + 9 pin ( 2 pz.);
- zoccolo 3 + 3 pin;
- morsettiera 2 poli ( 2 pz.);
- morsettiera 3 poli;
- clips 9V;
- stampato cod. S298.
segnale codificato esce dal piedino 17 e
pilota direttamente il pin 2 (ingresso
dei dati) dell’ibrido che è TTL-compatibile. In risposta, l’oscillatore interno
produce la sua portante a 433,92 MHz
in corrispondenza dell’1 logico, e si
spegne con lo zero, irradiando con la
propria antenna un treno di impulsi RF
che si dirigono nell’etere e possono
essere ricevuti e decifrati da qualunque
ricevente con RX sintonizzato a 433,92
MHz e decodifica basata su un altro
MM53200, UM3750 o UM86409.
Dell’ibrido va detto che è il noto TX67
Traccia rame, in
scala 1:1,
del circuito
stampato
utilizzato per
realizzare il nostro
attivatore
con ID.
SAW boost a 400 mW, più volte impiegato nei nostri progetti: è un modulino
Aurel contenente un oscillatore SAW
operante a 433,92 MHz esatti, comandato da una logica che lo accende se il
piedino 2 riceve lo stato 1, e lo spegne
in presenza dello zero. Alimentato a 9
volt, come è il nostro caso, può sviluppare al massimo 200 milliwatt, una
potenza certamente ridotta rispetto a
quella che potrebbe erogare a 12 V
(quasi 500 mW, e 800 mW a 18 volt...)
ma sufficiente a garantire una discreta
portata. L’antenna è collegata al piedino 11 e può essere un semplice spezzone di filo di rame rigido lungo 18 cm.
REALIZZAZIONE
PRATICA
Bene, adesso possiamo pensare a
costruire la nostra chiave, iniziando dal
circuito stampato sul quale vanno inseriti i componenti che servono, partendo
dalle resistenze e dai diodi (per i quali
è opportuno rispettare il verso d’inserimento indicato nell’apposito disegno)
quindi proseguendo con gli zoccoli per
gli integrati, da posizionare come
mostrato, ed i due dip-switch. Infilate e
saldate i condensatori, prestando attenzione alla polarità di quelli elettrolitici,
saldate il pulsantino da c.s. (P1) e dunque i transistor ed il ponte raddrizzatore. Il trasformatore di linea va inserito
senza curarsi del verso, dato che anche
68
scambiando il primario con il secondario non accade nulla di rilevante: i due
lati sono uguali. Montate i quarzi e l’ibrido TX-SAW Boost, che entra solo
nel verso giusto, poi sistemate quant’altro serve a completare l’opera,
quindi anche il relè a doppio scambio,
e delle morsettiere per circuito stampato a passo 5 mm in corrispondenza
delle piazzole per la linea e la pila; quest’ultima potete collegarla, a montaggio terminato, usando un’apposita
presa volante polarizzata i cui fili positivo e negativo devono andare rispettivamente ai morsetti + e -. Per l’antenna
saldate uno spezzone di filo in rame
rigido lungo 17 o 18 cm nella piazzola
contrassegnata dal simbolo d’antenna
(ANT) raschiando l’eventuale smalto
dall’estremità se usate filo smaltato.
Infilate l’MT8843, il microcontrollore,
ed il fotoaccoppiatore ciascuno nel
verso indicato dall’apposito disegno,
controllate che non manchi nulla e che
tutto sia al posto giusto, quindi il vostro
circuito è pronto: fissate la pila al relativo clips e collegate il dispositivo alla
linea telefonica, in parallelo ai punti
d’entrata (borchia) o alla presa del più
vicino apparecchio. Potete dunque procedere ad una prova sommaria chiudendo S2 ed effettuando la chiamata
con un cellulare.
Verificate che lo stadio di alimentazione entri in funzione regolarmente e che
alla successiva richiamata (con S2 in
OFF) la chiave venga attivata. Provate
a memorizzare altri numeri e verificate
anche la funzione di cancellazione parziale (con S1) e totale (con P1).
Controllate infine il funzionamento
dello stadio RF procedendo anche alla
programmazione dei dip che controllano la codifica.
ANCHE IN SCATOLA DI MONTAGGIO
L’attivatore con ID è disponibile in scatola di montaggio (cod.
FT298) al prezzo di 142.000 lire. Il kit comprende tutti i componenti, il microcontrollore programmato, la basetta forata e serigrafata e le minuterie. Il micro programmato (cod. MF298) e
l’MT8843 sono disponibili anche separatamente al prezzo di
30.000 e 15.000 cadauno. Il materiale va richiesto a: Futura
Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel. 0331576139, fax 0331-578200.
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
Elettronica In - ottobre ‘99
Tel. 0331-799775 Fax. 0331-792287 http://www.futurashop.it
CORSO DI PROGRAMMAZIONE IN C
Corso di programmazione
in linguaggio C
Impariamo a lavorare con uno dei più diffusi linguaggi ad alto livello che
per la sua peculiarità di maggiore “vicinanza” all’hardware, rispetto ad
altri sistemi evoluti di programmazione quali Pascal e Basic, si inserisce
benissimo nel vasto “mondo” a confine tra l’informatica e l’elettronica.
Settima puntata.
di Alessandro Furlan
L
a scorsa puntata abbiamo introdotto gli operatori relazionali spiegandone le regole algebriche; abbiamo inoltre affrontato il concetto di ciclo
(loop) evidenziando i vari metodi con cui, il linguaggio C, ci permette di effettuare una sequenza
di istruzioni innumerevoli volte. Avevamo concluso
lasciandovi un "esercizio" da svolgere. Si trattava di
creare un programma in grado di leggere da tastiera una stringa e, facendo uso di un ciclo for, ristampare a video la stringa stessa. Confidando come
sempre che abbiate provato a scriverlo, ci apprestiamo a presentare la nostra versione ricordando,
Elettronica In - ottobre ‘99
come sempre, che non si tratta dell’unica soluzione
possibile. Analizzando il listato possiamo notare
che dopo le dichiarazioni necessarie viene richiesto
di introdurre la stringa da elaborare. Calcolata la
lunghezza della stringa stessa e visualizzata a
schermo inizia il ciclo (“for (i=0; i<lunghezza;
i++)”) che può essere descritto come segue: inizializza i controlla che non superi la lunghezza della
stringa e incrementarla; finché la condizione è verificata esegui le istruzioni comprese tra parentesi
graffe (in questo caso solo “printf ("%c",
stringa[i]);”). In questo modo il ciclo continua solo
71
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
char stringa[40];
int i, lunghezza;
printf("Immetti la stringa\n");
scanf("%s",stringa);
lunghezza=strlen(stringa);
printf("Lunghezzastringa: %d\n",lunghezza);
for (i=0;i<lunghezza;i++)
{
printf("%c",stringa[i]);
}
printf("\n");
}
finché i non supera la lunghezza della stringa quindi ne
stampa tutti i caratteri.
In questa puntata analizzeremo l’istruzione if e introdurremo le istruzioni goto e più in generale di salto, tra
le più importanti in qualsiasi linguaggio di programmazione in quanto permettono di effettuare determinate
operazioni se una certa condizione viene verificata e di
poter “saltare” ad un qualsiasi punto del programma. Il
"se", infatti, in inglese corrente si traduce proprio con
"if" e il “vai a” con “goto”.
L'ISTRUZIONE IF:
I FONDAMENTALI
Il formato generale dell'istruzione if e' il seguente:
if (espressione)
{
(blocco)
}
Se l'espressione ha valore vero il blocco viene eseguito,
altrimenti l'esecuzione salta il blocco e si va ad eseguire
quanto c'è dopo la parentesi graffa che chiude il blocco
stesso. La struttura è molto simile a quella del ciclo
while, salvo il fatto che qui il test sull'espressione e l'eventuale esecuzione del blocco viene eseguito una volta
sola, mentre nel ciclo while questo può avvenire più
volte.
Normalmente l'espressione in questione è un'espressione
relazionale, si confronta la grandezza di due quantità,
(ad es. y >x oppure a ==6) e se l'espressione è vera (ad
72
AGGIUNTA
DELL' "ELSE"
Nell'esempio di queste pagine l'if serve a verificare che
vengono immessi dei valori di temperatura. Nel caso
questo fosse avvenuto, si esegue il calcolo della percentuale; se non c'erano dati inseriti, invece, si stampa a
video un messaggio di errore. Il codice in questione è:
if (giorni != 0)
{
printf("%d Giorni totali: ...
}
if (giorni==0)
{
printf("Non ci sono dati immessi\n");
}
Ora i due if separati di fatto devono testare la stessa
variabile(giorni), la quale può essere o uguale a 0, o
diversa da 0. In pratica, uno dei due if sarà certamente
eseguito e l’altro sarà certamente saltato. Sarebbe in
questo caso più corretto scrivere:
if (giorni != 0)
{
printf("%d Giorni totali: ...
}
else
{
printf("Non ci sono dati immessi\n");
}
Provate a inserire questo pezzo di codice (eliminando il
secondo if). Vedrete che l'esecuzione non cambia…
Entriamo nei dettagli e vediamo il formato generale del
costrutto “if..else..”:
if(espressione)
{
blocco1
}
else
{
blocco2
}
Elettronica In - ottobre ‘99
CORSO DI PROGRAMMAZIONE IN C
programma soluzione dell’esercizio
della puntata precedente
esempio, se y è maggiore di x o se a è uguale a 6) il blocco viene eseguito.
Ricordiamo che un blocco è l'unione di più istruzioni,
ma ovviamente può essere costituito anche da una sola
istruzione. In questo caso si possono omettere le parentesi graffe, anche se, per migliorare la leggibilità del
codice consigliamo sempre di utilizzarle.
Vediamo ora un "potenziamento" che il C prevede: è
possibile fare in modo che se la condizione non viene
verificata, venga eseguito un secondo blocco. Ciò è realizzabile mediante l'istruzione "else".
CORSO DI PROGRAMMAZIONE IN C
l’istruzione IF
#include <stdio.h>
#define TEMPERATURA_GELO 0
int main(void)
{
float temperatura;
int sottozero = 0;
int giorni = 0;
printf("Inserisci la lista delle temperature minime.\n");
printf("Inserisci le temperature, e scrivi q per terminare.\n");
while (scanf("%f", &temperatura) == 1)
{
giorni++;
if (temperatura < TEMPERATURA_GELO)
{
sottozero++;
}
}
if (giorni != 0)
{
printf("%d Giorni totali: %.1f%% sono stati sotto zero.\n", giorni, 100.0 * (float) sottozero / giorni”);
}
if (giorni==0)
{
printf("Non ci sono dati immessi\n");
}
return 1;
}
Se espressione ha valore vero viene eseguito blocco1,
altrimenti viene eseguito blocco2. Non sembra esserci
nulla di complicato in questo; la logica con cui viene
gestito un costrutto di if...else è molto vicina al modo di
ragionare della mente umana.
I problemi sorgono allorché si abbiano situazioni più
complesse. Ad esempio, considerate la seguente sezione
di codice:
if (numero > 4)
if(numero < 14)
printf("HAI VINTO!!\n");
else
printf("HAI PERSO!!\n");
Vediamo ora di capire quando appare la scritta "HAI
VINTO!!".
Se "numero" vale ad esempio 3 o comunque inferiore a
4, non verrà stampato nulla (!!), se vale 11 (o un numero compreso tra 5 e 13) ecco che verrà visualizzato HAI
VINTO!!, se invece vale 16 (o un numero uguale o supeElettronica In - ottobre ‘99
riore a 14)verrà stampata la scritta HAI PERSO!!
Questo accade perché se si omettono le parentesi, l'else
viene riferito all'if più vicino.
Ecco quindi un altro motivo per cui è sempre meglio
mettere le parentesi graffe, anche quando il blocco è
composto da una sola istruzione; infatti, così facendo, si
evitano errori di distrazione.
Utilizzando le parentesi si ha oltremodo la possibilità di
decidere a quale if fare riferimento con l’istruzione
ELSE:
if (numero > 4)
{
if(numero < 14)
printf("HAI VINTO!!\n");
}
else
{
printf("HAI PERSO!!\n");
}
73
&&
||
!
Ecco come funzionano:
Operatore logico
&&
||
!
Significato
And
Or
Not
La condizione: (espressione1 && espressione2) è quindi vera se sono vere entrambe le espressioni; la condizione: (espressione1 || espressione2) è vera se è vera
almeno una delle due espressioni; infine, la condizione:
(!espressione1) è vera se espressione1 è falsa.
Un esempio per capire meglio:
if (6 > 2 && 4==4)
{
(blocco1)
}
Verrà eseguito blocco1, in quanto l'espressione tra
parentesi è vera (6 è maggiore di 2 e 4 è uguale a 4!).
if (6 < 2 && 2==2)
{
(blocco1)
}
else
{
blocco2
}
In questo caso, verrà eseguito blocco2, in quanto l'espressione è falsa.
Dovrebbe essere chiaro il funzionamento degli operatori logici, precisando che anche per essi valgono le regole di associatività, commutatività, ecc. che valgono per
tutti gli altri operatori.
74
Passiamo ora all’introduzione dell'altro aspetto "principe" della puntata le istruzioni di salto continue e break.
ISTRUZIONI
"CONTINUE" E "BREAK"
Queste due istruzioni sono generalmente inserite all'interno di cicli while. Consentono rispettivamente di passare a una nuova iterazione del ciclo, saltando quanto
c'è al di sotto del CONTINUE, o di uscire prematuramente da un loop, in funzione di una certa condizione.
Vengono comunque utilizzati sempre in abbinamento ad
una istruzione condizionale.
Vediamo questi aspetti analizzando il seguente codice:
while(condizione1)
{
istruzione1;
if(condizione2)
{
break;
}
istruzione2;
}
A ciascuna iterazione del ciclo, si incontra l'istruzione if.
Condizione2 viene valutata e, se è vera, viene eseguito il
break, che consente di uscire immediatamente dal loop,
anche se la condizione propria del loop, (nel caso condizione1) è ancora vera; istruzione2 ovviamente non viene
eseguita. L'esecuzione ricomincia dopo il blocco del
ciclo while.
L’istruzione break quindi forza semplicemente l’uscita
da un loop.
Vediamo adesso come si comporta il continue:
while(condizione1)
{
istruzione1;
if(condizione2)
{
continue;
}
istruzione2;
}
Durante l'iterazione, come nel caso precedente, si incontra l'if. Se condizione2 è vera, si esegue continue.
Quello che avviene è che quanto sta sotto il continue nel
blocco del while (nel nostro caso istruzione2) viene
ignorato e l'esecuzione riparte nuovamente dal while,
viene valutata condizione1, e così via… In pratica, continue permette di saltare al controllo successivo di condizione1 (la riga “while(condizione1)”) e di riprendere il
loop dall’inizio senza eseguire le istruzioni successive al
continue. L'uso del break è possibile anche in un altro
contesto, all'interno di strutture switch che non sono
state ancora prese in considerazione ma che verranno
ampiamente descritte nella prossima puntata.
Elettronica In - ottobre ‘99
CORSO DI PROGRAMMAZIONE IN C
In questo esempio con il valore 3 verrà stampato HAI
PERSO!!, con il valore 11 HAI VINTO!! e con il valore
16 non verrà stampato nulla. Come si vede, aggiungendo solo le parentesi graffe è cambiato tutto! Dunque la
morale è: ragionare sulle condizioni da verificare, e controllare subito che il programma faccia quello che ci
aspettiamo. Se questo non avviene, controllare bene le
parentesi graffe. Generalmente, così facendo, il problema viene risolto.
Sono errori logici pericolosi, anche perché il compilatore giustamente non li segnala (per lui entrambi i pezzi di
codice scritti sopra sono perfettamente leciti), ma come
si è visto danno in esecuzione un comportamento molto
diverso uno dall'altro.
Chiariti questo aspetti, facciamo un piccolo passo indietro che può essere utile: in un if (o in un while..) possono essere testate combinazioni di condizioni, attraverso
tre operatori logici:
MICRO & C.
COME LEGGERE
16 TASTI
CON 4 FILI
Ovvero un semplice programma adatto a qualsiasi microcontrollore della
Microchip che consente di leggere una tastiera a matrice e generare i codici
corrispondenti utilizzando solamente quattro linee di ingresso.
di Francesco Doni
C
apita spesso di vedere, nei progetti pubblicati sulle
riviste di elettronica, circuiti a microcontrollore
che utilizzano tastiere a matrice per
l’immissione di dati e codici vari.
Solitamente la matrice è composta
da 12 o 16 tasti ed è disposta su 4
righe per 3 colonne o 4 righe per 4
colonne. Ne consegue che per “leggere” la tastiera vengano utilizzate
sette od otto linee di connessione e,
quindi, altrettante porte di I/O del
micro. Se nel circuito viene utilizzando un integrato con
numerose
linee
di
input/output questa
configurazione non
crea alcun problema;
molto diverso è il caso in
cui le risorse del micro siano
limitate e le linee a disposizione
appena sufficienti per svolgere tutte le
funzioni. In questi circuiti pensare di utilizzare sette o otto linee solamente per la
gestione della tastiera è pura follia. Un altro caso
riguarda i dispositivi ad otto pin i quali, se non consi-
Elettronica In - ottobre ‘99
deriamo i due terminali di alimentazione, dispongono
al massimo di sei linee per svolgere tutte le funzioni. Se
immaginiamo che almeno
altre due siano impegnate per altri compiti, non
restano che 4 linee: troppo poche! Per questo
motivo, utilizzando frequentemente sia i micro
che le tastiere a matrice,
più di una volta ci siamo
visti costretti ad utilizzare chip sovradimensionati rispetto alle reali
funzioni da svolgere,
proprio per le 7 o 8
linee richieste dalla
gestione della tastiera.
Abbiamo dunque deciso di cercare una soluzione
che consentisse una drastica
riduzione degli I/O necessari, una soluzione semplice
sia dal punto di vista hardware che da quello software,
in modo da poter essere sfruttata nella maggior parte
dei casi. La soluzione trovata è quella descritta in que75
dere come funziona il circuito prendiamo in esame, in prima battuta, il funzionamento della prima riga. Se non
viene premuto alcun pulsante, la relativa linea del micro (pin 2), risulta flottante, cosa che il dispositivo interpreta
come un livello positivo. Il chip in questo modo è in grado di “capire” che non
è stato premuto alcun pulsante. Se
pigiamo il tasto 1, l’ingresso del micro
viene chiuso a massa con una rete com-
schema elettrico
Traccia rame, in dimensioni reali,
della tastiera seriale.
sto articolo nel quale presentiamo il
progetto di una tastiera con uscita
seriale che ci fornisce l’occasione di
descrivere sia l’hardware che il software da noi messo a punto. Come si vede
nello schema elettrico, le 4 colonne
della matrice a 16 tasti utilizzata nel
circuito sono connesse a massa tramite
una rete RC di valore differente per ciascuna colonna. Il condensatore è lo
stesso per le 4 colonne ma cambiano i
valori delle resistenze. Le 4 righe sono
invece collegate ad altrettante linee di
I/0 del microcontrollore. Per compren-
posta da R1/C1, se il tasto premuto è il
2, la linea si chiude verso massa con
R2/C1, eccetera. Utilizzando una particolare routine (di cui ci occuperemo tra
poco) il micro è in grado di discriminare il valore della rete RC per cui è in
grado di “capire” se e quale tasto è
piano di montaggio
Il circuito stampato con il micro è
stato fissato direttamente allo strip
di uscita della tastiera a matrice. Per
ridurre ulteriormente le dimensioni
del dispositivo (soprattutto lo
spessore) si potrebbero utilizzare
componenti in SMD.
COMPONENTI
R1: 100 Ohm
R2: 1,5 KOhm
R3: 2,2 KOhm
R4: 3,9 KOhm
R5: 4,7 KOhm
C1: 100 nF
poliestere p.so 5
76
C2: 100 µF 25VL
elettrolitico
C3: 100 µF 25VL
elettrolitico
D1: Diodo 1N4007
U1: PIC12C672P
(programma MF300)
U2: 78L05 regolatore
Tastiera: matrice
con 16 tasti
riga/colonna
Varie:
- zoccolo 4 + 4 pin;
- morsettiera 2 poli
( 2 pz.);
- stampato cod. L046.
stato premuto. Dopo la prima riga,
tocca alla seconda, alla terza e così via
all’infinito. Ovviamente se il chip rileva la presenza di una rete RC durante la
lettura della seconda riga, i dati generati potranno essere 4, 5, 6 o B, a seconda del valore di RC. Ma come fa l’ingresso del micro a ricavare informazioni differenti a in relazione alla rete RC
Elettronica In - ottobre ‘99
di ingresso? Semplice. Basandosi sul
differente tempo di scarica dovuto ai
diversi valori resistivi delle reti RC. La
relativa routine in assembler è piuttosto complessa ma l’istruzione basic dei
vari compilatori disponibili in commercio è banale: POT. Come si vede nel
box relativo, questa istruzione è ampiamente utilizzata nel programma da noi
messo a punto. Osservando le istruzioni relative alla scansione della prima
PER IL MATERIALE
Tutti i componenti utilizzati in questo progetto sono facilmente rperibili in commercio. Il microcontrollore programmato (cod. MF300) è
disponibile presso la Futura
Elettronica (tel 0331/576139) al
prezzo di 20.000 lire. Presso la stessa ditta possono essere acquistate le
tastiere a matrice a 12 o 16 tasti al
prezzo di 10.500 (TST12) o 13.500
(TST16) IVA compresa.
riga notiamo che se il valore letto è
compreso tra 0 e 60 significa che è
stato premuto il tasto n. 1, se il valore è
compreso tra 60 e 120 il tasto premuto
è il n. 2, se varia tra 120 e 180 il tasto
premuto è il n. 3 ed infine se il valore è
compreso tra 180 e 240 il tasto premu-
L’uscita ed i terminali di
alimentazione fanno tutti capo ad
una morsettiera a 4 poli.
to è “A”. Se il valore rilevato supera
240 significa che non è stato premuto
alcun tasto. Successivamente il software effettua la lettura della righe 2, 3 e 4.
Il valore corrispondente al tasto premuto viene inviato all’uscita tramite l’istruzione basic “SEROUT” alla velocità di 9600 baud. Il “Main” del programma è tutto qui. Completa il listato
Elettronica In - ottobre ‘99
Diagramma di flusso del programma utilizzato. Come si vede le quattro
righe della matrice vengono lette in sequenza per rilevare la presenza
di un tasto premuto.
Nuovo indirizzo:
Futura Elettronica srl via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331-799775 Fax. 0331-792287 http://www.futurashop.it
77
REM *****************************************
REM ***
4 IN PROGRAMMER
***
REM *** FILE: TASTI.BAS DATE: 25/07/99
***
REM *** (C) 1999 FUTURA ELETTRONICA - MI ***
REM *****************************************
DEFINE OSC 4
SYMBOL RIGA1=GPIO.5
SYMBOL RIGA2=GPIO.0
SYMBOL RIGA3=GPIO.1
SYMBOL RIGA4=GPIO.4
SYMBOL TXDATI=GPIO.2
POT RIGA3,255,TMP1
IF TMP1>0 AND TMP1<60 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“7”]
ENDIF
IF TMP1>60 AND TMP1<120 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“8”]
ENDIF
IF TMP1>120 AND TMP1<180 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“9”]
ENDIF
IF TMP1>180 AND TMP1<240 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“C”]
ENDIF
ADCON1=7
TMP1 VAR byte
INPUT RIGA1
INPUT RIGA2
INPUT RIGA3
INPUT RIGA4
OUTPUT TXDATI
SEROUT TXDATI,6,[13,10,”SYSTEM STARTUP”,13,10]
MAIN:
POT RIGA1,255,TMP1
IF TMP1>0 AND TMP1<60 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“1”]
ENDIF
IF TMP1>60 AND TMP1<120 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“2”]
ENDIF
IF TMP1>120 AND TMP1<180 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“3”]
ENDIF
IF TMP1>180 AND TMP1<240 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“A”]
ENDIF
POT RIGA2,255,TMP1
IF TMP1>0 AND TMP1<60 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“4”]
ENDIF
IF TMP1>60 AND TMP1<120 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“5”]
la definizione delle label, l’istruzione
di disabilitazione dell’AD e la configurazione (come ingressi) delle quattro
linee utilizzate. In conclusione, questo
semplice programma di lettura di una
tastiera a matrice può essere utilizzato
senza modifiche all’interno di programmi più complessi. Come detto
78
ENDIF
IF TMP1>120 AND TMP1<180 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“6”]
ENDIF
IF TMP1>180 AND TMP1<240 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“B”]
ENDIF
POT RIGA4,255,TMP1
IF TMP1>0 AND TMP1<60 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“*”]
ENDIF
IF TMP1>60 AND TMP1<120 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“0”]
ENDIF
IF TMP1>120 AND TMP1<180 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“#”]
ENDIF
IF TMP1>180 AND TMP1<240 THEN
SEROUT TXDATI,6,[“D”]
ENDIF
GOTO MAIN
Programma per la gestione di una
tastiera a matrice (4x4) che utilizza solo
4 linee digitali del PIC. Il valore del
tasto letto viene inviato sulla porta
seriale alla velocità di 9.600 baud
(n,8,1) senza nessun protocollo
specifico.Viene utilizzato l’oscillatore
interno del micro a 4 MHz.
all’inizio, per testare il programma e
verificare l’hardware, abbiamo realizzato un piccolo progetto di tastiera con
uscita seriale facendo uso di un
PIC12C672. Nonostante sia nato come
demo, nulla vieta di utilizzare questo
dispositivo in abbinamento ad apparecchiature più complesse: in questo
modo le linee che inizialmente erano
otto e che col nostro software potevano
diventare quattro, si riducono ad una
sola sulla quale viaggia il valore seriale del tasto premuto. Lo schema elettrico e la realizzazione pratica sono talmente semplici da non richiedere alcun
commento.
Elettronica In - ottobre ‘99
on-line
Servizio on-line di vendita moduli Aurel con spedizione in 24/48 ore.
Modello
Ricevitore superterodina FM 433 MHz
NEW
Economico ricevitore supereterodina FM di dati digitali modulati in FSK operante alla frequenza di 433,92 MHz. Elevata selettività e sensibilità garantiscono ottime prestazioni di immunità ai disturbi. Bassa tensione di uscita in assenza di portante. In
accordo con le Normative Europee.
RX-4MF1
Euro 15,00
Alimentazione: 5V; consumo: 6mA; frequenza: 433.92MHz; sensibilità: -111dBm; banda passante RF a -3dB: 600kHz; banda passante IF a 3dB: 70 kHz; dimensioni: 40 x 17,4 x 5,5mm.
Modello
AC-RX2
Euro 5,00
Ricevitore per HCSxxx -1106 dBm
Ricevitore a radiofrequenza ad alta sensibilità e basso costo ottimizzato per essere utilizzato con la famiglia HCSxxx
Microchip. Condensatore variabile, basso assorbimento, alta immunità ai disturbi di alimentazione e bassa radiazione in
antenna. In accordo con le Normative Europee.
Alimentazione: +5V; consumo: 2.5mA; frequenza: 433.92MHz; sensibilità: -106 dBm; dimensioni: 38,1 x 12,3 x 3mm.
Modello
TX-8L25IA
Euro 13,00
NEW
Trasmettitore SAW 868 MHz con antenna
NEW
Modulo trasmettitore SAW con antenna integrata, ideale per applicazioni ove sia richiesta la massima potenza irradiabile e
il minimo ingombro in termini di spazio occupato.
Alimentazione: 3V; consumo: 2.5mA (con duty cycle 50%); frequenza: 868,3MHz; potenza di uscita (E.R.P.): 25mW; emissione RF spurie:
-50dB; frequenza di modulazione: 5kHz; dimensioni: 56 x 18,5 x 5mm.
Modello
Ricetrasmettitore lungo raggio 2,4 GHz
NEW
Il transceiver a lungo raggio XTR-CYP-24 implementa il modulo Cypress CYWM6935 LRTM 2.4GHz DSSS Radio SoC e ne
aumenta la potenza RF (ERP) fino a 15 dBm (rispetto a 0 dBm del modulo originale) consentendo di raggiungere una portata
di circa 150 metri. Opera nella banda libera ISM (Industrial, Scientific and Medical) a 2.4GHz e offre un sistema radio completo per l’integrazione in dispositivi nuovi o esistenti. Soluzione ideale per automazione domestica e industriale.
XTR-CYP-24
Euro 22,00
Alimentazione: 3,3V; consumo: 0,25 µA (stand-by) - 60mA (RX mode) - 100mA (TX mode); modulazione: GFSK; sensibilità in ricezione:
-95dB; potenza RF (ERP) in trasmissione: 10mW; numero di canali: 78; larghezza canale: 1MHz; dimensioni: 35 x 25mm.
Modello
XTR-7020A-4
Euro 38,00
NEW
Ricetrasmettitore multicanale
Il transceiver multicanale XTR-7020A-4 rappresenta una ulteriore soluzione semplice ed economica al problema della ricetrasmissione dati in radiofrequenza. Il microprocessore integrato incapsula i dati entranti in logica TTL RS-232 in pacchetti
evitando all'utente la necessità di scrivere routine software per la gestione della ricetrasmissione. L’ XTR-7020A-4 permette,
tramite la programmazione di registri interni, la gestione della canalizzazione (10 canali sulla banda a 434MHz), della velocità dei dati seriali (9600-19200-38400-57600-115200 bps, impostabili tramite pin di input) e della potenza RF irradiata (da
-8 a +10 dBm). Soluzione ideale per automazione industriale, radio modem, controllo accessi.
Caratteristiche
Modello
Sensibilità
Vdc RF
Frequenza
Ricetrasmettitori radio FM ad alta velocità
Velocità di
trasmissione
XTR-434
+5V
-100 dBm
433.92 MHz 100 Kbps
XTR-434L
+5V
103 dBm
433.92 MHz 50 Kbps
XTR-869
+5V
-100 dBm
869.95 MHz 100 Kbps
Moduli ricetrasmettitori operanti sulle bande 434/869
MHz. Elevata immunità ai campi elettromagnetici interfeEuro 38,00 renti ed elevata potenza di trasmissione. Due limiti di
baud-rate per ottimizzare le singole esigenze di ricetraEuro 38,00
smissione dati. Scambio RX/TX ultravoce. Conforme alle
Euro 44,00 Normative Europee EN 300 220, EN 301 489 e EN 60950.
Caratteristiche
Modello
Link seriali di ricetrasmissione, radiomodem
Vdc
Frequenza
Potenza
d’uscita
Portata
WIZ-434-SML-IA/5V
+5V ~30 mA
433,92 MHz
3mW
~100 m
Euro 66,00
WIZ-434-SML-IA/12V
+9÷15V ~30 mA
433,92 MHz
3mW
~100 m
Euro 66,00
WIZ-869-TRS
+9÷15V ~30 mA
869,85 MHz
3,3mW
~100 m
Euro 70,00
WIZ-903-A4
+5V ~40 mA
433-434 MHz
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stessi ed alla data di uscita. Gli annunci vanno
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